各位同学大家好，我叫沈洁，是中国科学院物理研究所的特聘研究员。今天我给大家讲一下什么叫做流体力学。我的研究方向是拓扑量子计算，今天我不讲量子计算，因为我们的梁老师将会在后面的系列课程当中给大家讲一下量子力学的初步。我今天给大家讲的是流体力学。为什么呢？因为流体力学在工程当中应用非常广泛。我给大家看两段视频，这两段视频一段是关于飓风，另外一段是关于洪灾。
一旦我们学好流体力学，我们就知道如何利用他们，使他们变成对我们人类有利的工具。
要学习流体力学，首先我们就得知道什么是流体。流体，顾名思义是流动的一个物体，它一般指的是气体和液体，而不是固体。当然这个是比较宽泛的定义。那么怎么从科学上去定义它呢？科学的定义就是不能承受剪切应力的状态就是流体。什么意思呢？一旦我们施加了一个剪切应力，那么它的状态就会变化，用一句古诗词来形容就是“抽刀断水水更流”。那么从流体这个名字的命名来说，我们就可以感受到中国汉语的博大精深。
流体力学大概分成三个方向：第一个是流体在平衡状态下静止的情况，叫做静力学；第二个是在非平衡状态下它动态的情况，叫做动力学；第三个是流体和固体介壁间相对运动时的相互作用和运动规律。那么第二个例子就是我现在要做的事情。大家请看，这个是我们生活当中非常常见的两个例子，大家知道是为什么吗？吸盘可以吸附在墙壁上，吸管可以吸出饮料。首先给大家介绍一下大气压强的微观机制。
在空气当中我们看不见摸不着，但它实际上会有很多分子，然后这些分子是无规则的运动。如果在一块界面上有大量的分子做无规则的运动，它会撞击这个界面，然后产生一个均匀的稳定的力。这个力在单位面积上的一个表现就被我们称之为压强。
流体力学里面最主要的两个方程，一个叫做连续性方程，它也可以表述为质量守恒这么一个方程；第二个叫做伯努利方程，它可以表述为能量守恒这么一个方程。那么具体怎么个例子呢？
我们先从质量守恒方程开始。你从这个公式就是面积乘上它的速度是一个恒量，那意思就是说我们在单位面积里面流过的流体的总的体积或者是质量，它是不变的。那么在现实生活当中是什么意思？与我们日常生活非常相关的叫做过堂风。大家都有印象，如果夏天的时候没有空调，然后为了让大家感受一下比较强烈的自然风，大家都喜欢站在弄堂里面。有过堂风，为什么？
就是因为它这个弄堂是一个非常狭窄的面积，这个时候风的速度就非常快了，我们可以感受到它。
我们接下来讲一下流体力学的发展阶段，总的来说它分为四个阶段。那么第一个阶段是非常早期的，就是说大家对流体力学有一个定性的了解，但是并没有一些定量的分析。因为这些数学的知识，包括一些仪器都还没有到位。这个时候最早就可以从中国的春秋时期说起。
《墨子》这本书里面就有这么一句话叫“墨子为木鸢三年而成，蜚一日而败”，什么意思，就是墨子做了木鸢——木鸢就是木头做的鸟，其实就是风筝了——花了三年才做成，然后飞了一天就坏掉了。当然这意思就告诉我们什么，那个时候其实他们已经开始做一些想要把东西飞上天空。其实这是跟流体力学相关的，因为你要去设计，做怎样的风筝形状才好看。
然后时间慢慢到了20世纪，就是我们发展的最后一个阶段，也是我们称之为现代流体力学。那么这里面也有几位比较有名的人物，并且这个时候中国的几位科学家也是开始慢慢站在世界的舞台上。其中一位是德国哥廷根学派的创立人普朗特，他将水力学和水动力学结合起来了，他有一个学生是中国第一个空气动力学的专业奠基人，叫做陆士嘉教授。
然后普朗特是现代流体力学之父，如果按照这种命名，那么陆士嘉就可以认为是中国现代流体力学之父了。还有一位有名的科学家叫冯·卡门，他是我们敬爱的钱学森先生的导师。那么冯卡门他提出了一个非常有意思的现象，叫做卡门涡街。什么意思？
就是当一个流体它经过一个不一定是圆柱体，任何形状的物体，就是这么一个东西挡在前面，然后在后面的时候它会产生一个又一个涡流，并且这个涡流是双向排列的，而且它的旋转方向是相对的，然后这些涡流相互之间有些相互作用，可以一起往前推进就像街道一样，所以叫做涡街。
本节课就到这里结束了，希望通过我的介绍，让大家对流体力学能有一个初步的概念。谢谢大家的观看。