力學(xué)引領(lǐng)下改變?nèi)祟?lèi)生活的三項(xiàng)發(fā)明

2017-02-27 by:CAE仿真在線(xiàn) 來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

17世紀(jì)科學(xué)革命之后,在力學(xué)學(xué)科引領(lǐng)之下的發(fā)明多的不可勝數(shù)。

如果提出這樣的問(wèn)題,要求你列舉在力學(xué)引領(lǐng)之下的三項(xiàng)發(fā)明,它們對(duì)人類(lèi)的生活產(chǎn)生了重大的影響。你會(huì)舉哪三項(xiàng)呢?

依我看來(lái),在力學(xué)引領(lǐng)下對(duì)人類(lèi)社會(huì)生活產(chǎn)生巨大影響的三項(xiàng)發(fā)明應(yīng)當(dāng)是:鐘表、調(diào)速器和航空。

一、擺鐘的發(fā)明為人類(lèi)提供了精確的計(jì)時(shí)和航海定位

擺鐘的發(fā)明應(yīng)當(dāng)追溯到伽利略對(duì)擺的等時(shí)性的研究。伽利略(1564-1642)是研究擺的運(yùn)動(dòng)的第一人。他在17歲時(shí),作為比薩大學(xué)一年級(jí)的學(xué)生,對(duì)擺的振動(dòng)發(fā)生了興趣,經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)得到了擺的小擺動(dòng)周期與擺長(zhǎng)的平方根成正比的結(jié)論,從而在理論上為鐘表的核心裝置――擺奠定了理論基礎(chǔ)。這標(biāo)志著一個(gè)新時(shí)代的開(kāi)始。伽利略又是精確研究動(dòng)力學(xué)的第一人,他對(duì)自由落體也和對(duì)擺的研究一樣,同樣標(biāo)志著人類(lèi)對(duì)動(dòng)力學(xué)研究的開(kāi)始。

1641年,伽利略建議利用擺的等時(shí)性制造鐘。但是他未能完成,一年后便逝世了。于是制造擺鐘的任務(wù)便歷史性地由荷蘭學(xué)者惠更斯(1629-1695)擔(dān)當(dāng)了。

1657年,年僅27歲由于發(fā)現(xiàn)土星光環(huán)而知名的年輕學(xué)者惠更斯完成了擺鐘的設(shè)計(jì)。同年,荷蘭的鐘表匠制成了首架擺鐘。次年,惠更斯出版了他的專(zhuān)著《擺鐘》。在這本書(shū)中,惠更斯不僅詳細(xì)描述了擺鐘的機(jī)構(gòu),更重要的是發(fā)表了一系列關(guān)于單擺與動(dòng)力學(xué)的重要研究結(jié)果。例如,惠更斯系統(tǒng)地研究了圓周運(yùn)動(dòng),引進(jìn)了向心力和向心加速度的概念。他在理論上論證了單擺的等時(shí)性并給出了其周期與擺長(zhǎng)和重力加速度關(guān)系的公式。

隨后,惠更斯又發(fā)現(xiàn)在大擺動(dòng)時(shí)單擺的周期不再是常數(shù),并給出了在大擺動(dòng)時(shí)也有等周期的擺線(xiàn)理論。所以,我們可以毫不夸張地說(shuō),惠更斯在動(dòng)力學(xué)研究上是伽利略的直接繼承人。

擺鐘的發(fā)明對(duì)鐘表精度的改進(jìn)是非常了不起的。在此之前,最好的鐘一晝夜誤差大約15分鐘,而當(dāng)時(shí)最好的擺鐘可以調(diào)整到一晝夜誤差不大于10秒。至此我們才可以說(shuō),我們確實(shí)有了研究地球上物體運(yùn)動(dòng)的精確計(jì)時(shí)裝置。

談到鐘表的改進(jìn),還應(yīng)當(dāng)提到一位力學(xué)家,即英國(guó)學(xué)者胡克(1635-1703)。他于1676年發(fā)表了對(duì)于彈簧的研究結(jié)果,后人稱(chēng)之為胡克定律,即彈簧的伸長(zhǎng)與外力成正比關(guān)系。胡克對(duì)彈簧研究的開(kāi)創(chuàng)性的工作,使人們對(duì)彈簧了解得越來(lái)越多。

隨之而來(lái)的是出現(xiàn)了兩項(xiàng)改進(jìn):一項(xiàng)是彈簧發(fā)條貯能器的改進(jìn),另一項(xiàng)是彈簧(或游絲)擺輪的發(fā)明。1674年惠更斯制成基于彈簧擺輪的鐘表。有了這兩項(xiàng)改進(jìn),鐘表可以造得更為輕巧,例如,可以在顛簸環(huán)境下工作的鐘和可以隨身攜帶的懷表以及手表的出現(xiàn)。

1707年,英國(guó)海軍艦隊(duì)發(fā)生了一次慘禍,有三只船失事,超過(guò)2000人死亡。原因是艦隊(duì)的位置出了差錯(cuò)。1714年英國(guó)國(guó)會(huì)懸賞二萬(wàn)英鎊:誰(shuí)要是能夠找到在海中精確測(cè)定經(jīng)度的方法,他就可以得到這筆獎(jiǎng)金。條件是到達(dá)西印度的6個(gè)星期的航行后,誤差不得大于30英里。實(shí)際上,當(dāng)時(shí)天文觀(guān)測(cè)儀器已經(jīng)可以十分精確地測(cè)定天上星球的位置了。對(duì)于船舶所在的緯度可以直接由觀(guān)測(cè)星球得到。對(duì)于所在地的經(jīng)度,由于星球在天上隨時(shí)間在均勻地運(yùn)動(dòng),所以問(wèn)題歸結(jié)于能否制造一架精確的可以攜帶的鐘。這種鐘稱(chēng)為天文鐘。

技高一籌的鐘表匠哈里森(1693-1776)于1761年以他改進(jìn)的鐘從倫敦到牙買(mǎi)加的9星期的航海旅程中時(shí)鐘僅差5秒,從而贏(yíng)得了國(guó)會(huì)的懸賞。

18世紀(jì)時(shí),歐洲鐘表進(jìn)入了市場(chǎng),有了從教堂、航海、家庭擺設(shè)到個(gè)人佩戴等各式各樣的鐘表。之后鐘表做得越來(lái)越精巧,可以戴在手腕上的手表也出現(xiàn)了。

迄今200多年間,鐘表用于測(cè)量各種物理量。測(cè)量聲速、光速、各種振動(dòng)頻率、周期、各種物體的運(yùn)動(dòng)以及體育運(yùn)動(dòng)。此外它還廣泛地用于航海、航空,各門(mén)學(xué)科和各門(mén)技術(shù)的發(fā)展無(wú)不得益于鐘表的幫助。

從另一角度講,鐘表的發(fā)展和改進(jìn)可以說(shuō)揭開(kāi)了現(xiàn)代技術(shù)的序幕。由于對(duì)于它的需求,需要加工大量的鐘表另配件,于是產(chǎn)生了現(xiàn)代車(chē)床和現(xiàn)代金屬加工技術(shù)。另一方面,鐘表發(fā)展又為歐洲的現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展培訓(xùn)了人才。蒸汽機(jī)的發(fā)明者英國(guó)人瓦特(1736-1819)、紡織機(jī)的發(fā)明者英國(guó)人阿克賴(lài)特(1732-1792)、以蒸汽機(jī)為動(dòng)力的輪船的發(fā)明者美國(guó)人富爾頓(1765-1848)等,他們青少年時(shí)代都曾經(jīng)當(dāng)過(guò)修表學(xué)徒或制作匠。

有一種流行的觀(guān)點(diǎn)是很有道理的,即認(rèn)為歐洲的近代科學(xué)技術(shù)的起源是古希臘的思辨?zhèn)鹘y(tǒng)與歐洲的手工業(yè)傳統(tǒng)相結(jié)合的產(chǎn)物。前者是以達(dá)·芬奇、伽利略、惠更斯與牛頓的動(dòng)力學(xué)發(fā)展為代表,而后者便是以鐘表工業(yè)的發(fā)展所培養(yǎng)起的一代新技術(shù)人才。

現(xiàn)如今,盡管擺鐘被電子表取代了,不過(guò)對(duì)在電子表中的震蕩器認(rèn)知,還是起源于對(duì)單擺知識(shí)的拓寬?？梢哉f(shuō)它保留和繼承和拓廣了關(guān)于擺鐘的理論和技術(shù)。

二、調(diào)速器的發(fā)明成就了蒸汽機(jī)的廣泛應(yīng)用

調(diào)速器,是一個(gè)不起眼的東西。它的簡(jiǎn)單原理不過(guò)是一個(gè)現(xiàn)今理論力學(xué)課的習(xí)題?？此坪?jiǎn)單,但是他在近代控制技術(shù)和控制理論發(fā)展上,卻起到了開(kāi)天辟地的作用。所以有必要介紹一下它的簡(jiǎn)單歷史。

最早的蒸汽機(jī)可以追溯到17世紀(jì)末,1698年英國(guó)人托馬斯·塞維利(ThomasSavery,1650-1715)發(fā)明了利用蒸汽壓力的抽水泵――“礦山之友”,并且報(bào)了專(zhuān)利。它的工作過(guò)程是:在容器中通入蒸汽,使蒸汽在容器中凝結(jié),利用蒸汽凝結(jié)后所形成的真空把礦井中的水抽上來(lái)。這種泵有兩大缺點(diǎn),一方面是對(duì)地下水位較低(低于水泵10m)時(shí)就抽不上水,另一方面是由于突然進(jìn)入容器的蒸汽壓力過(guò)高而易于爆炸。因此很少被采用。

1712年,英國(guó)人托馬斯·紐可曼(ThomasNewcomen,1663-1729)發(fā)明了大氣壓蒸汽機(jī)。這種機(jī)器具有汽缸與活塞, 在工作時(shí), 先把蒸汽導(dǎo)入汽缸, 這時(shí)汽缸停止供汽而汽缸內(nèi)進(jìn)水, 蒸汽便遇冷凝結(jié)為水使汽缸內(nèi)氣壓迅速降低,就可以使水吸上來(lái)。之后再把蒸汽導(dǎo)入汽缸,進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)。最初的這種蒸汽機(jī)大約每分鐘往返十次,而且可以自動(dòng)工作,使礦井的抽水工作大為便利,所以不僅英國(guó)人使用,在德國(guó)與法國(guó)也在使用。

英國(guó)人瓦特(JamesWatt,1736-1819)經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn),紐可曼的蒸汽機(jī)的效率是很低的,其所以低是由于在用水去冷卻汽缸時(shí),汽缸的溫度變冷了,這樣汽缸又要消耗過(guò)多的蒸汽去再加熱。

1765年5月瓦特提出了使蒸汽從汽缸排入另一容器的想法,這個(gè)容器后來(lái)被稱(chēng)為冷凝器。經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)與改進(jìn),他的裝有冷凝器的蒸汽機(jī)在1769年制成了,并在同年的4月25日提出了專(zhuān)利。新的蒸汽機(jī)效率提高了很多。

盡管經(jīng)過(guò)了這一系列的改進(jìn),蒸汽機(jī)的效率算是有所提高,但是由于蒸汽機(jī)的速度不能很好地控制。燒煤多時(shí)蒸汽多機(jī)器就轉(zhuǎn)得快,燒煤少時(shí)就轉(zhuǎn)得慢,這種不能均衡地轉(zhuǎn)動(dòng)的蒸汽機(jī)是不能派上大用場(chǎng)的。其時(shí)蒸汽機(jī)的主要用途就是在礦井抽水。

瓦特的另一項(xiàng)重要發(fā)明是在蒸汽機(jī)上安裝了離心調(diào)速器,這大約是1782年前后的事情。據(jù)說(shuō)調(diào)速器并不一定是瓦特的發(fā)明,不過(guò)瓦特想到把它裝在蒸汽機(jī)上,也是一件了不起的創(chuàng)新。

這種調(diào)速器的構(gòu)造是利用蒸汽機(jī)帶動(dòng)一根豎直的軸轉(zhuǎn)動(dòng),這根軸的頂端有兩根鉸接的等長(zhǎng)細(xì)桿,細(xì)桿另一端各有一個(gè)金屬球。當(dāng)蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)快時(shí),豎軸也轉(zhuǎn)動(dòng)加快,兩個(gè)金屬小球在離心力作用下,由于轉(zhuǎn)動(dòng)快而升高,這時(shí)通過(guò)與小球連接的連桿便將蒸汽閥門(mén)關(guān)小,從而蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速也便可以降低。反之,若蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速過(guò)慢,則豎軸轉(zhuǎn)動(dòng)慢了,小球的位置也便下降,這時(shí)連桿便將閥門(mén)開(kāi)大,從而使蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速加快。

離心調(diào)速器是一個(gè)基于力學(xué)原理的發(fā)明,他是蒸汽機(jī)所以能普及應(yīng)用的關(guān)鍵, 也是人類(lèi)自動(dòng)調(diào)節(jié)與自動(dòng)控制的開(kāi)始。由于人們能夠自由地控制蒸汽機(jī)的速度,才使蒸汽機(jī)應(yīng)用于紡織、火車(chē)、輪船、機(jī)械加工等行業(yè),才使人類(lèi)大量使用自然原動(dòng)力成為可能,這才有產(chǎn)業(yè)革命的第二階段。

瓦特的改進(jìn)蒸汽機(jī)的普及速度是很快的,到1790年老式的紐可曼蒸汽機(jī)已經(jīng)看不見(jiàn)了,到1790年大約有500臺(tái)蒸汽機(jī)在英國(guó)工作。經(jīng)過(guò)了大約不到100年,到了1868年,僅僅在英國(guó)就有75,000臺(tái)蒸汽機(jī)之多。

1805年,在美國(guó)蒸汽機(jī)被裝上了汽車(chē)作為動(dòng)力。1807年,美國(guó)的富爾頓(Robert Fulton,1765-1815)發(fā)明以蒸汽機(jī)為動(dòng)力的輪船。1825年斯梯文森(George Stephenson, 1781-1848)造成了可以在軌道上行駛的蒸汽機(jī)車(chē)。1800年英國(guó)的特里維希克(Richard Trevithik,1771-1833)發(fā)明了高壓蒸汽機(jī)。1801年美國(guó)人埃文思(Oliver Evens,1755?-1819)造出了真正合用的高壓蒸汽機(jī)。

調(diào)速器使用后,初期運(yùn)行很正常。但是當(dāng)蒸汽機(jī)的速度提高后,調(diào)速器就不能穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)了,會(huì)出現(xiàn)時(shí)快時(shí)慢的現(xiàn)象。最早研究調(diào)速器的穩(wěn)定性問(wèn)題的是英國(guó)物理學(xué)家麥克斯韋(James Clerk Maxwell,1831-1879)。1868年麥克斯韋發(fā)表的《論調(diào)節(jié)器》最早把調(diào)速器的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)用微分方程來(lái)描述,他導(dǎo)出了調(diào)節(jié)器的微分方程,并在平衡點(diǎn)附近進(jìn)行線(xiàn)性化處理,指出穩(wěn)定性取決于特征方程的根是否具有負(fù)的實(shí)部。麥克斯韋在論文中對(duì)三階微分方程描述的具體系統(tǒng)以及具有五階微分方程的特殊系統(tǒng)進(jìn)行了研究,并給出了系統(tǒng)的穩(wěn)定性條件。

后來(lái)到了1872年,俄國(guó)的維斯聶格拉斯基(Иван Алексеевич Вышнеградский,1831-1895)寫(xiě)出了論文《論調(diào)整器的一般原理》,于1876年在法國(guó)科學(xué)院報(bào)上發(fā)表。他和麥克斯韋一樣采用線(xiàn)性化的方法簡(jiǎn)化問(wèn)題,得到了比較完全的穩(wěn)定性條件。

后來(lái)英國(guó)的儒斯(Edward John Routh,1831-1907)和俄國(guó)的李亞普諾夫(Александр МихаиловичЛяпунов,1857-1918)分別在1877年和1892年發(fā)表對(duì)于運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)普遍穩(wěn)定性的理論研究的論文,才最后從理論上比較完全地解決了力學(xué)系統(tǒng)的穩(wěn)定性問(wèn)題。

調(diào)速器是一項(xiàng)技術(shù)發(fā)明,由于它的重要性,才開(kāi)始了蒸汽機(jī)的普遍使用,從而才有產(chǎn)業(yè)革命。工業(yè)控制論的研究也可以說(shuō)是從調(diào)速器的研究開(kāi)始的。并且由研究調(diào)速器的穩(wěn)定性開(kāi)始導(dǎo)致研究力學(xué)系統(tǒng)穩(wěn)定性的開(kāi)始和深入。因此,了解調(diào)速器的歷史,對(duì)于了解蒸汽機(jī)的歷史,對(duì)于理解控制論的歷史,對(duì)于了解運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性研究的歷史都是十分重要的。

三、飛機(jī)的起飛

1903年12月17日,萊特兄弟第一次實(shí)現(xiàn)了人類(lèi)飛行的夢(mèng)想。開(kāi)辟了航空時(shí)代。

人類(lèi)對(duì)飛行的向往是源遠(yuǎn)流長(zhǎng)的。一般通俗地介紹航空歷史的書(shū)上,只提到飛機(jī)的發(fā)明是兩個(gè)賣(mài)自行車(chē)的萊特兄弟完成的。這給人一個(gè)錯(cuò)覺(jué),似乎飛機(jī)是他們心血來(lái)潮的幸運(yùn)所得。其實(shí)航空的產(chǎn)生和發(fā)展而是人類(lèi)世代前赴后繼奮斗和積累的結(jié)果,其中首先是力學(xué)家研究貢獻(xiàn),在萊特兄弟之前,至少應(yīng)當(dāng)提到三位科學(xué)家的力學(xué)研究。

第一位是19世紀(jì)初,英國(guó)人喬治·凱利(GeorgeCayley,1773-1857)為了對(duì)空氣的阻力與升力進(jìn)行定量研究,1804年12月,凱利自己設(shè)計(jì)和制造了一架懸臂機(jī),用于研究平板的升力和阻力。利用這個(gè)裝置,凱利得到了最早關(guān)于升力和速度方面的數(shù)據(jù)。他初步的結(jié)果是,平板的升力與面積成正比、與迎風(fēng)角成正比、與速度的平方成正比。他在懸臂機(jī)試驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)了流線(xiàn)型對(duì)減少阻力的重要性。他經(jīng)過(guò)精心計(jì)算,給出了一架飛機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù),并且說(shuō):“如果這塊平板能在動(dòng)力作用下高效率運(yùn)動(dòng),空中航行就會(huì)實(shí)現(xiàn)。”

大萊特曾說(shuō)過(guò):“我們?cè)O(shè)計(jì)的飛機(jī),完全按照凱利爵士的非常精確的計(jì)算方法?！彼院髞?lái)西方的航空專(zhuān)家都稱(chēng)凱利為航空之父。

第二位是美國(guó)的科學(xué)家蘭利(Samuel PierpontLangley,1834-1906),起先曾從事土木工程工作,后來(lái)靠自學(xué)成為著名的天文學(xué)家。他發(fā)展了測(cè)輻射熱儀,對(duì)太陽(yáng)光譜測(cè)量作出了重要貢獻(xiàn),1867年,任美國(guó)匹茲堡大學(xué)的物理與天文學(xué)教授。他從幼年便對(duì)鳥(niǎo)的飛翔產(chǎn)生了極大的興趣。經(jīng)常連續(xù)數(shù)小時(shí)觀(guān)看鳥(niǎo)的飛行。

1887年蘭利移居華盛頓,出任當(dāng)時(shí)美國(guó)學(xué)術(shù)權(quán)威機(jī)構(gòu)斯密森學(xué)會(huì)的秘書(shū)。他建造了一座60英尺的懸臂機(jī),該機(jī)靠煤氣發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),外周速度可達(dá)每小時(shí)70海里。利用這座懸臂機(jī),他進(jìn)行了大量的空氣動(dòng)力實(shí)驗(yàn),研究平板與鳥(niǎo)翼在空氣中運(yùn)動(dòng)時(shí)的阻力與升力的規(guī)律,由此得到了許多定量的結(jié)果,并且糾正了前人的不少錯(cuò)誤。蘭利將他的研究結(jié)果寫(xiě)成一本書(shū)《空氣動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)》,于1891年由華盛頓的斯密森學(xué)會(huì)出版。這本書(shū)是最早的比較系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)空氣動(dòng)力學(xué)著作,對(duì)后來(lái)的飛機(jī)研究者,包括萊特兄弟影響很大。

除了實(shí)驗(yàn)室研究外,蘭利還動(dòng)手做飛行試驗(yàn)。他先后從1891年開(kāi)始試制了橡筋動(dòng)力模型飛機(jī)、設(shè)計(jì)并制造了輕型蒸汽機(jī)、并且設(shè)計(jì)了空中旅行者0-6共7個(gè)型號(hào)的飛機(jī)模型、對(duì)其中的第5、6兩號(hào)在1896年進(jìn)行了成功的飛行、后來(lái)又在1903年進(jìn)行了兩次不成功的載人的飛行試驗(yàn)。后來(lái)因?yàn)樨?cái)政拮據(jù)和新聞界的冷嘲熱諷,以及蘭利本人年事已高(接近70歲)的諸多原因,放棄了試驗(yàn),蘭利也于1906年逝世。后人總結(jié)他載人飛行的失敗主要是由于結(jié)構(gòu)上的不合理,當(dāng)時(shí)他的發(fā)射架如果采用輪式起落架,試飛很可能是另一種結(jié)果。

萊特兄弟首先從制造滑翔機(jī)開(kāi)始,逐漸改進(jìn)。他們研究前人的經(jīng)驗(yàn),其中包括達(dá)·芬奇、喬治·凱利、蘭利教授、馬克辛(機(jī)槍的發(fā)明者)、查紐特、帕森斯、托馬斯·愛(ài)迪生、利林塔爾、阿代爾、等等的事跡與經(jīng)驗(yàn)。其中特別是凱利和蘭利關(guān)于飛行的理論資料。到1902年秋,已經(jīng)積累了上千次滑翔經(jīng)驗(yàn),掌握了飛行的理論與技術(shù)。

最后,他們決心制造裝有發(fā)動(dòng)機(jī)與螺旋槳的飛機(jī)。經(jīng)過(guò)艱苦的研究,終于制成了4缸8馬力的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī),并且用樅木制造了螺旋槳。1903年12月17日在北卡羅來(lái)納州的刺鬼山海岸(Kill Devil Hills beach),對(duì)他們制成的“飛行者”1號(hào)進(jìn)行了試飛。經(jīng)過(guò)4次試飛,最好的成績(jī)是在空中飛行59秒,飛行距離259.7米的記錄。那次試飛,他們發(fā)了50封邀請(qǐng)信,結(jié)果只來(lái)了5個(gè)人,報(bào)界對(duì)此反映冷淡。到1905年,美國(guó)著名的科學(xué)普及雜志《科學(xué)的美國(guó)人》說(shuō)這次試驗(yàn)只不過(guò)是一個(gè)騙局?？墒?就在這一年,萊特兄弟的第三個(gè)改型飛機(jī)在10月5日那天,一次飛行了38.6千米,在空中持續(xù)飛行38分又3秒鐘。

1901年萊特兄弟為了實(shí)驗(yàn)和改進(jìn)翅膀,建造了風(fēng)洞,他們研究與比較了200種以上的機(jī)翼形狀。這個(gè)風(fēng)洞大概是美國(guó)第一座風(fēng)洞。

除了萊特兄弟好學(xué),向一切從前的和當(dāng)時(shí)的人學(xué)習(xí)以外,還應(yīng)當(dāng)特別提到的是有一位著名的工程師直接指導(dǎo)萊特的力學(xué)知識(shí)。這就是法裔工程師恰納特(Octave Chanute,1832-1910)。他是一位著名的鐵路工程師,主持設(shè)計(jì)過(guò)復(fù)雜的鐵路橋梁,采用新的材料進(jìn)行施工。

他對(duì)飛行一直保持濃厚的業(yè)余興趣,而且他關(guān)于飛行的力學(xué)知識(shí)在19世紀(jì)80年代一直處于前緣。他與萊特兄弟一直保持通信,指導(dǎo)他們,并且親自去過(guò)萊特兄弟的試驗(yàn)場(chǎng)地。在1886年8月于布法勒(Buffalo)他在美國(guó)第一次組織召開(kāi)了關(guān)于航空研究可能性的討論會(huì)。這也就是美國(guó)科學(xué)促進(jìn)協(xié)會(huì)(American Association for the Advancement of Science (AAAS))的第一個(gè)系列會(huì)議。

之后他與他知道的任何有志于航空研究的人通信。1889年在多倫多又召開(kāi)了AAAS 的會(huì)議,會(huì)上他正式將航空計(jì)劃作為一個(gè)工程問(wèn)題。在1893年他趁芝加哥世界博覽會(huì)之機(jī),在芝加哥組織召開(kāi)了一次國(guó)際航空會(huì)議。許多對(duì)航空有興趣的著名人物出席了會(huì)議,其中有斯密森學(xué)院的秘書(shū)蘭利、發(fā)明家愛(ài)迪生等。之后于1894年他出版了《飛行力學(xué)進(jìn)展》,后來(lái)這本書(shū)成為這方面的一本經(jīng)典著作。

恰納特對(duì)萊特兄弟的指導(dǎo)是無(wú)私的,他不僅用通訊的方式回答他們的任何問(wèn)題,還親臨指導(dǎo)。他們之間的來(lái)往的信件,就有200多封。所以美國(guó)人羅杰·勞紐斯(Roger D. Launius)說(shuō):“萊特兄弟教會(huì)了世界飛行,但是是誰(shuí)教會(huì)了萊特兄弟去飛行的呢?從最廣泛的意義上說(shuō)是一位出生于法國(guó),在芝加哥長(zhǎng)大的工程師――恰納特?！?

萊特兄弟進(jìn)行了世界上最早的飛行之后。飛機(jī)得到迅速發(fā)展,不論從飛機(jī)結(jié)構(gòu)上、飛行控制和穩(wěn)定性操作性上,還是從飛行速度以及航空發(fā)動(dòng)機(jī)的改進(jìn)上,它的改進(jìn)和發(fā)展的每一步都是力學(xué)研究的突破。人們突破了音障和熱障,后來(lái)又有直升機(jī)的發(fā)明。到現(xiàn)在飛行在天空有各種用途各種性能的飛機(jī),民用航空已成為人民遠(yuǎn)距離旅行的主要的交通工具。

結(jié)論

以上所舉的三項(xiàng)發(fā)明,都是對(duì)人類(lèi)社會(huì)生活產(chǎn)生巨大影響的發(fā)明。他們所根據(jù)的最原始的力學(xué)原理是十分簡(jiǎn)單的:一個(gè)單擺、一個(gè)離心調(diào)速器、一個(gè)具有攻角運(yùn)動(dòng)的平板的升力。這三個(gè)力學(xué)模型,簡(jiǎn)單得是現(xiàn)今中學(xué)生都能夠進(jìn)行定量計(jì)算的物理課程的習(xí)題的難度。不過(guò)從最開(kāi)始的力學(xué)原理的研究到根據(jù)原理得到的發(fā)明,以及隨后的不斷改進(jìn),是經(jīng)過(guò)許多不同特長(zhǎng)的杰出人物的努力和創(chuàng)新,是經(jīng)過(guò)幾代人的貢獻(xiàn)才有現(xiàn)在的結(jié)果。人類(lèi)文明的歷史就是這樣前赴后繼不斷發(fā)展的歷史。

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