Исторический экскурс. Механика жидкости и газа прошла большой и сложный путь развития

Механика жидкости и газа прошла большой и сложный путь развития. Ее предыстория уходит в древние времена.

Отдельные результаты наблюдений были изложены в трудах древнегреческого философа Аристотеля (384–322 гг. до н. э.). Некоторые законы гидростатики сформулированы величайшим математиком и механиком Древней Греции Архимедом (277–212 гг. до н. э.). Большой вклад в развитие основ гидромеханики был сделан Леонардо да Винчи (1452–1519), С. Стевином (1548–1620), Г. Галилеем (1564–1642), Б. Паскалем (1623–1662), Х. Гюйгенсом (1629–1695) и И. Ньютоном (1642–1727).

Начало гидромеханике как науке было положено в XVII в. в трудах академиков Российской академии наук М. В. Ломоносова (1711–1765), Леонарда Эйлера (1707–1783) и Даниила Бернулли (1700–1782). Эйлером были выведены уравнения равновесия и движения жидкости и газов, указаны некоторые интегралы этих уравнений и сформулирован закон сохранения массы применительно к жидкости. Бернулли установил зависимость между удельными энергиями при движении жидкости, которая в настоящее время называется уравнением Бернулли. Он исследовал задачу о давлении струи жидкости на пластину.

В конце XVIII и начале XIX вв. французскими математиками Ж. Лагранжем (1736–1813) и О. Коши (1789–1857) была математически разработана гидродинамика идеальной жидкости. Их труды посвящены потенциальным плоским потокам, теории волн малой амплитуды и др. Основы движения вязкой жидкости были заложены французским ученым А. Навье (1785–1836) и английским физиком Д. Стоксом (1819–1903), поэтому уравнение движения вязкой жидкости называется уравнением Навье–Стокса.

В 1881 г. профессор Казанского университета И. С. Громеко (1851–1889) опубликовал работу «Некоторые случаи движения несжимаемой жидкости», в которой дал новую форму уравнений движения жидкости, удобную для получения энергетических зависимостей. Им же впервые было проведено теоретическое исследование нестационарного движения жидкости в капиллярах.

Из многочисленных экспериментальных исследований движения жидкости в трубах следует отметить опыты с трубками малого диаметра французского врача и испытателя Ж. Пуазейля (1799–1869), изучавшего движение крови в сосудах, и опыты английского физика О. Рейнольдса (1842–1912), установившего в 1883 г. закон подобия течения в трубах.

Целую эпоху в развитии МЖГ составляют исследования по воздухоплаванию, включающие разработку теории полета самолетов и ракет. Результаты этих исследований были изложены в трудах выдающихся русских ученых Д. И. Менделеева (1834–1907), Н. Е. Жуковского (1849–1921) и С. А. Чаплыгина (1869–1942).

Созданию теории крыла и воздушного винта были посвящены исследования Н. Е. Жуковского. Он, так же как и А. Эйфель (1832–1923) во Франции и Л. Прандтль (1875–1950) в Германии, был создателем экспериментальной аэромеханики в России. Жуковский создал известный всему миру Центральный аэрогидродинамический институт, ныне носящий его имя. Чаплыгин посвятил свои исследования дальнейшему развитию теории обтекания крыла и решеток профилей. Он разработал теорию разрезного крыла, крыла с предкрылком и закрылком. Его работы дали начало новому разделу МЖГ – теории неустановившегося обтекания крыла потенциальным потоком. Важные исследования в этой области впоследствии провели советские ученые Н. Е. Кочин, А. И. Некрасов, М. В. Келдыш, М. А. Лаврентьев, Л. И. Седов и др.

Большой вклад в теорию реактивного движения тел внесли К. Э. Циолковский (1857–1935), И. В. Мещерский (1859–1935) и А. А. Фридман (1888–1925). К. Э. Циолковский установил основные принципы реактивного движения, обосновал возможность применения реактивных аппаратов для межпланетных сообщений (многоступенчатая ракета). И. В. Мещерский сформулировал законы движения тел с переменной массой, которые широко используются при решении многих проблем реактивного движения.

В настоящее время в МЖГ широко развиваются те разделы, которые находятся в наиболее тесной связи с новыми задачами естествознания и техники. Таковы учения о сверхзвуковых и гиперзвуковых потоках реальных, однородных и неоднородных газов, плазмы, вопросы космической газодинамики, механики обычных вязких и разнообразных «реологических» жидкостей, а также проблемы кровообращения, перемещение живых существ в жидкости и многие другие вопросы биофизики и бионики.