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丹尼尔·伯努利
(Daniel Bernoulli 1700 ~ 1782)
近代科学史上,最著名的科学家家族可能要算瑞士的伯努利家族了。这是一个曾产生过 11 位科学家的家族,而他 , 丹尼尔伯·努利是其中最为杰出的一位。
据说丹尼儿有一次出外旅行,遇见一位陌生人,两个谈得很投机,丹尼就自我介绍: " 我是丹尼尔·伯努利。 " 那人听了,却用一种不能相信的口气说: " 你是丹尼尔?那我就是牛顿。 " 一句话 , 使丹尼尔一身引以为荣,认为这是他所得到最大的恭维。
丹尼尔·伯努利 1700 年 1 月 29 日生于荷兰格罗宁根 , 是约翰伯·努利的次子。丹尼尔出生时 , 他的父亲正在格罗宁根担任数学教授。他的哥哥是尼古拉二世·伯努利 , 而他的伯父是雅各布·伯努利 , 所以他是出生在数学非常优秀的家庭里。
当丹尼尔五岁时 , 他们家搬回本国城市巴塞尔。那年 , 他的弟弟约翰二世·伯努利出生了。他们三兄弟都将继续学习、研究数学 , 但这并不是约翰·伯努利计划让丹尼尔走的方向。
1713 年 , 丹尼尔被送到巴塞尔大学开始学习哲学和逻辑学 , 并在 1715 年获得了学士学位 , 接着在 1716 年获得哲学硕士学位。在这段期间 , 伯努利的父亲特别是他的哥哥教他学习微积分的方法 , 使他受到了数学家庭的熏陶。他的父亲试图要他去当商业学徒 , 谋一个经商的职业 , 但这个想法失败了。于是又让他学医 ,1716 ~ 1717 年在巴塞尔大学学医 ,1718 ~ 1719 年在海德堡大学学习哲学 ,1719 ~ 1720 年又在斯特拉斯堡大学学习伦理学。 1721 年通过论文答辩 , 获得医学博士学位。
1725 年丹尼尔和他哥哥尼古拉二世一起接受了彼得堡科学院的邀请 , 到彼得堡科学院工作。在彼得堡科学院的 8 年间 (1725~1733), 他被任命为生理学院士和数学院士。 1727 年他与欧拉一起工作 ,1728 年与欧拉一起研究弹性力学。起初欧拉作为丹尼尔的助手 , 后来接替了丹尼尔的数学院士职位。
这期间丹尼尔教授医学、力学、物理学 , 作出了许多显露他富有创造性才能的工作 , 但是由于哥哥尼古拉二世的猝死以及严酷的天气等原因 ,1733 年他回到了巴塞尔。在巴塞尔他先任解剖学和植物学教授 ,1743 年成为生理学教授 ,1747 年他成为柏林科学院成员 ,1748 年成为巴黎科学院成员 ,1750 年成为物理学教授 , 同年被选为英国皇家学会会员。而且在 1750~1777 年间他还教授自然哲学。
1782 年 3 月 17 日逝世于巴塞尔,终年 82 岁。
丹尼尔的学术著作非常丰富 , 他的全部数学和力学著作、论文超过 80 种。 1738 年他出版了一生中最重要的著作 << 流体动力学 >> 。 1725~1757 年的 30 年间他曾因地球引力 (1728) 天文学 (1734) 、潮汐 (1740) 、磁学 (1743,1746) 、振动理论 (1747) 、洋流 (1748) 和船体航行的稳定 (1753,1757) 等成果 ,10 次获得巴黎科学院为当时迫切需要解决的理论与实际问题而悬赏的奖金。特别是 1734 年 , 他与父亲以 " 行星轨道与太阳赤道不同交角的原因 " 的佳作 , 获得了巴黎科学院的双倍奖金。丹尼尔获奖的次数可以和著名的数学家欧拉相媲美。
丹尼尔·伯努利的研究领域极为广泛 , 他的工作几乎对当时的数学和物理学的研究前沿的问题都有所涉及。在纯数学方面 , 他的工作涉及到代数、微积分、级数理论、微分方程、几率论等方面 , 在微分方程的波动方程的研究中 , 他以别具一格的形式给出弦振动问题的解 , 即用三角级数表示的解。在几率论方面 , 他花了不少精力 , 建立一种 " 期望 " 的概念 , 还将微积分方法用于几率论 , 以及将几率论方法用于保险业 , 都是丹尼尔首创。但是他最出色的工作是将微积分、微分方程应用到物理学 , 研究流体问题、物体振动和摆动问题 , 他被推崇为数学物理方法的始祖。
丹尼尔·伯努利不仅在数学上和物理学上取得了许多成就,而且在医学领域里也有研究成果. 1721 年,他的博士论文就是关于呼吸力学的综合理论; 1728 年,他发表了关于肌肉收缩的力学理论的论文,提出了心脏所作机械功的计算方法;在生理学上,他提出“极大工作”的概念,即一个人在一段持续的时间内 ( 如一个工作日 ) 所能做的工作量.由于他在数学上的兴趣远比医学大,因此他虽然起初成了一名外科大夫,但最终还是转向了数学和力学.
丹尼尔·伯努利头脑机敏和富有想象力.他是第一个把牛顿和莱布尼兹的微积分思想连接起来的人.他又是在 18 世纪以新的无限小数学为主要武器探索由实验揭示的自然现象的数学物理方法的奠基者之一.他同时也对实验物理及仪器设备表现出极大兴趣.
丹尼尔在学术研究方面与欧拉、达朗贝尔、拉格朗日及其父兄保持着密切的联系,特别与欧拉有着极深厚的友谊,密切合作,互为辅成.他们经常交流学术上的某些观点,争论一些数学和力学的疑难问题,促进学术的发展.“争鸣”成为丹尼尔治学思想的一个重要内容,这种学术上的争论方式至今仍是科学发展的动力之一.
丹尼尔由于在学术研究上涉及的领域极为广泛,有时这也防碍了他某些计划的完成.尤其令人遗憾的是,他未能跟上由于偏微分方程的发现而引起的数学前进步伐,例如在弦和杆的振动问题的研究中,他的物理思想是正确的,但没有用恰当的数学来支持它.尽管如此,丹尼尔丰硕的科学成就完全足以确保他在科学史上持久的地位。

伟大成就
人类实现飞行梦想与伯努利效应
在物理学方面,丹尼尔所取得的成功是惊人的。其中对流体力学和气体动力学的研究尤为突出。
1738 年出版的《流体动力学》一书是他的代表著作。书中根据能量守恒定律解决了流体的流动理论,提出了著名的伯努利定理 :
流体速度加快时。物体与流体接触的界面上的压力会减小,反之压力会增加。
这是流体力学的重要基本定理之一。为纪念这位科学家的贡献,这一发现被称为“伯努利效应”。
丹尼尔在气体动力学方面的贡献,主要是用气体分子运动论解释了气体对容器壁的压力的由来。他认为,由于大量气体分子的高速规则运动造成了对器壁的压力,压缩气体产生较大的作用力是由于气体分子数增多,并且相互碰撞更加频繁所致。
在流体力学方面的成就 , 使得丹尼尔成为了人类实现飞行梦想的理论基础的奠基人。
生活中的伯努利效应
当你搭火车或地铁时,会看到月台上画一条 " 警戒线 " 。火车进站前,会有人吹警笛,叫人不要超过警戒线。为什么要有警戒线呢?其目的,不是怕人被火車撞到,而是怕火車或地铁快速经过时,会把离车太近的人 " 吸 " 过去,非死即伤,所以人要站在警戒线之外。而对正高速行进中的火车 , 更是应该退而远之的。
而开车时如果将车窗打开 , 车内的东西有可能会飞出车外 , 主要是因为车外的空气速 度加快、压力降低 , 把车内的空气吸出去
这里用到的就是 " 伯努利效应 "
下面做一个关于伯努利效应的小实验
当烫衣服或浇花时找不到喷雾器怎么办 ? 简单 , 只要一支吸管 , 一个杯子和伯努利效应 , 就可以做出一个简易的吸管喷雾器 .
首先将吸管从中间切开 ( 不要切断 ), 折弯成直角 , 然后将吸管的一端放进装了水的杯子 , 嘴从另一端吹气 . 水就会从吸管中吸出 , 并喷出水雾来。
伯努利定理在生活上的应用,还包括飞机、电风扇、抽水机等,只要跟流体如空气、水等有关的东西,在设计时几乎都要考虑到伯努利定理。
飞机机翼的上方是流线型的,下方是直线型的,因此飞机往前飞时,通过机翼上方的空气速度比下方的空气速度快,所以根据伯努利效应,机翼上方的空气压力会小于机翼下方的空气压力,这样飞机就能够往上浮。鸟类的飞行也是类似的原理。
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制作人:西瓜王子