※ [本文转录自 Gossiping 看板 #1QViJDV9 ]
作者: jfsu (水精灵)
标题: Re: [问卦] 有没有流体力学之父的八卦？
时间: Sat Feb 10 18:08:50 2018
※ 引述《wei0204 (喂~色情电话)》之铭言：
: 有被流体力学荼毒过的人
: 一定知道Prandtl
: 他主要的贡献有
: 提出风洞试验 还有边界层理论
: 有没有流体力学之父的八卦？
: 除此之外
: 今天也是他143岁的生日
: 对于主修流力的本鲁来说
: 今天也是个特别的日子
: 因为本鲁的生日刚好跟这位大师同一天XDDD
在征求到原po同意后，我想，来聊聊他的学生冯‧卡门。
西奥多‧冯‧卡门（Theodore von Kárman , 1881.5.11 – 1963.5.6)，匈牙利
裔美籍航太学家，对流体力学、空气动力学产生了巨大影响，开创了数学与基础科学
在航空、太空等领域的应用。被认为是二十世纪最杰出的航空与航太工程学家。
1963年，美国白宫玫瑰园响起如雷贯耳的掌声。甘迺迪总统正把美国第一枚国家
科学奖章挂在一位老人脖子上。在走下高高的台阶时，患有关节炎的老人更显得
步履蹒跚、举步维艰。一个不小心，老人不慎闪了一下，甘迺迪连忙上前搀扶。
老人抬起头，脸带笑意地看向甘迺迪。
老人：“别扶我，这只是地球突然倾斜一下，我并没有跌倒。”
甘迺迪：“哦～这句话是爱因斯坦说的。”
老人：“咳咳～总统先生，我想说的是，‘下坡行路不需扶持，唯有登高望远
才求一臂之力。’”
甘迺迪：“不愧是高手在民间，好诗好诗。”
两个多月后，这位已经82岁的老人在进行温泉水治疗时，因心脏衰竭，溘然长逝，
结束了他充满传奇色彩的一生。
如果乡民们对外国的姓氏有点研究的话，铁血宰相俾斯麦(Otto Eduard Leopold von
Bismarck)、现代航太之父冯‧布朗(Wernher Magnus Maximilian Von Braun)里头
都有冯（von）这个字。先说明的是，这不是姓氏，而贵族姓氏的首码标志。
冯‧卡门于1881年5月11日出生于匈牙利布达佩斯，父亲是大学教授。受到良好教育
的他，很早就显露出数学天赋。
6岁时，一天，几位客人拜访父亲。
其中一位客人问：“小西奥多你知道689 * 92 等于多少吗？”
卡门很快地给出了正确答案，客人们感到非常惊讶，不停地夸赞他。
不过，父亲的脸上甚为不安。当客人离开后，父亲将他叫了过来。
“西奥多，以后不准你再做这种耍小聪明的数学游戏，知道吗？”
“为什么？”
“因为36+45=79才是是唯一解。”
为了能让卡门的发展是全面的，父亲只好暂时抑制他在数学上的发展，不断教导
他很多身为理工专家所没有的人文知识，直到卡门上了中学，才允许他重拾数学。
17岁时，卡门进入了约瑟夫皇家工艺大学。有一次，卡门正对几台引擎进行实验。
他发现到，当转速达到一定数值，阀门就会振动起来，发出很大噪音。
经过仔细分析后，他认为阀门的开关和引擎的运转之间产生了共振。他很快地把
这现象化炼成一个数学问题，并推导出相应的数学公式与total solution，
成功地解决了振动的问题。
卡门将自己的成果写成论文，教授不禁按了个赞，并将论文公开发表出来。
毕业之后，25岁的他前去德国哥廷根（Göttingen）大学求学，师承流体力学大师
普朗特（Ludwig Prandtl 1875-1953）教授。当时，作为物理系系主任的普朗特
只比卡门大八岁。
哥廷根大学的学术气氛使他着迷，在普朗特和数学大师希尔伯特（David Hilbert）、
克莱因(Felix Christian Klein)、爱因斯坦、物理学家闵可夫斯基（Hermann
Minkowski）、化学家能斯特（Walther Hermann Nernst）等人的薰陶下，奠定了
雄厚的数理基础。
2年后，卡门便顺利完成了博士论文。
获得博士学位之后，他来到巴黎观看飞行表演。在一次的飞行表演开启了他对航空
的兴趣，开始研究空气动力学。此时，普朗特教授寄了封邀请信，信中提到：
“我们正在帮军方设计飞行艇与筹建风洞并进行实验，钱多事少离家近，请务必前来！”
于是，卡门以一个编制外的讲师回到了哥廷根大学。他协助普朗特成功地建造了
哥廷根第一个风洞，齐柏林飞艇的设计与实验有进行的很顺利。
补充说明一下，这个编制外的讲师拿到现代来说，四个字：“功德无量”，
解压缩为：“低薪鞠躬尽瘁，过劳死而后已”。
由于没有得到学校正式的聘任，除了实验室助手的微薄收入外(RA)，另一个收入
来源为授课的学生(TA)。这让卡门有点不安，所幸身处大师环绕的气氛之下，就算
是个小讲师，也是能参加学术研讨会，沉浸在数学家和物理学家的新颖的学术观点
和理论之中的卡门，兴奋地忘却这个烦恼，不安感↓ エロ感↑。
1911~1912年，普朗特领导的研究团队致力于研究飞行理论中的涡流问题
（Vortical flow）。他请一名博士生卡尔（Karl Hiemen）设计水槽，用实验
来观察圆柱体后面的流动分裂，并测量水流中的分裂点。
卡尔：“教授，水流总是不停地扰动，难以稳定地测量捏～。”
普朗特：“应该是你用的圆棒不够圆吧！”
经过Seafood的开示之后，卡尔开始天天磨棒子，磨到他嫑嫑的。
在做了非常精细的加工后，水流还是在继续摆动。
卡尔：“唉～这大概是设计的时候感染了阿克娅病毒才会变成这样...Orz”
普朗特：“这分明是水槽不够对称！”
于是，卡尔调整了水槽，情况仍未改善。
一旁的卡门看了心想：“水流摆动的现象一定会有原因。”
他加以深入研究，发现到水流过圆柱后会一分为二，形成两排交叉的涡流。他尝试
采用数学方法解释这一现象。经过一番计算之后，证明了水在流过圆柱体后，必然
会产生两列相互平行、自转方向相反的漩涡，而且是相隔排列，如同街道两边的
路灯一样排列著向前流动。
1911年，卡门将他的这个发现写成论文发表，论文中的涡流理论后来被人们称为
“卡门涡街”(Karman vortex street)。风吹电线发出的声响、潜水艇的潜望
镜会产生振动都是卡门涡街的结果，更是让工程师知道飞机、船艇、车子在设计时
如何采用流线型来最大限度地减少阻力的重要理论基础。好比鱼身的流线型避免了
产生阻力的卡门涡街，另一方面，鱼儿通过不断摆尾来在身后制造了
“反卡门涡街（reverse Karman vortex street）”，使身后的水流向后，对自身
施加向前的推力。
1940年，发生的塔科马海峡大桥坍塌事件就是忽视了“卡门涡街”的效应。这座桥
原本是一位著名建筑师的艺术品，但为了成本考量，cost down之下，桥面厚度不足。
而在当天，风速为19m/s的情况之下，引起卡门涡街，使桥身发生了剧烈的扭曲振动，
振幅越来越大（接近9公尺），最后引起吊桥剧烈共振而崩塌。(wiki有影片唷)
ps1.像最近的寒流亦会造成某些地区在海面所形成卡门涡街。
ps2.匈牙利1992年发行的冯‧卡门纪念邮票，背景图案即是卡门涡街
不久，卡门离开哥廷根大学，前往亚琛工学院任教，如愿当上了教授。这一时期，
他还担任了空气动力研究所所长，并与普朗特首次阐释了困扰许久的
“紊流(Turbulent flow，又称乱流或湍流)”问题，提出相关的概念及理论基础。
有别于当时德国的教授，他经常和学生们打成一片，学生也很喜欢这位不摆架子
又风趣的年轻教授。甚至在酒馆几杯啤酒下肚之后，师生谈论起科学、家庭与恋爱。
据说，卡门对于不尊重专业、乱砍价格的老板自有他一套对付的手法。
一天，一位工厂主人向卡门求助，他的机器只要一开动就发生强烈振动，常常
造成零件的损坏。他曾经找了一位技师，对方却说：“你这个车（机器）有异音、
因为你这个皮带龟裂.....普利珠啦”。
最后技师拆开了座垫，还是无法修好。
工厂主人耳闻卡门能解决震动噪音问题，他便请卡门来工厂。
“闪开，让专业的来！”卡门一把霸气地推开手拿扳子的技师。
卡门在机器旁看了看，不出几分钟后就向工厂主人说：
“你把齿轮转一下角度就可以了。”
对方照做后，机器果然不再振动。
“公道价，八万一！”卡门拿出的帐单说。
“你只不过说了一句话，怎么要这么多钱！”工厂主人森77。
“那你把齿轮转回去，我就不收你钱。”卡门拿下他叼在嘴里的烟斗缓缓地说。
1929年，纳粹的排犹活动，让出身犹太血统的卡门感受到了影响。在物理学家
密立根（Robert Millikan）的邀请下，卡门前往加州理工学院做了空气动力学
实验室主任。这一时期，他完成了著名的紊流统计理论，解决了水坝裂缝、风车发电、
天文台反射式望远镜、超音速飞行等一系列工程问题，还主持筹建美国喷气工程公司，
指导一批青年科学家从事火箭技术研究，最后建立了美国火箭技术中心——
喷气推进实验室！卡门的名字在美国的科学界、业界和军方可谓无人不知、无人不晓...
卡门被称为航空航太时代的科学奇才，对流体力学、航空动力学贡献卓著。
最后，关于卡门的中国情缘，嗯...留在之后再谈吧～Anyway，中国的火箭技术、
航太发展都与他培养的学生：郭永怀与中国航太之父、中国导弹之父钱学森、
钱伟长、林家翘有很大的关系....。
以上
Reference:
1.科学五千年(八)
2.Wiki
3.冯‧卡门——航空与航天时代的科学奇才
A.D.
1.科学少年: https://www.facebook.com/ys.ylib/
2.物理萌史 线上科普漫画 https://www.facebook.com/physics.manga/

前十推

首

推

先推

不要混入一些自以为好笑的数字就写的不错

水精灵桑

先推 不知道卡几楼

推

十推

推

水精灵先推

专业推

你历史老师教的不错，但数学老师很有问题

我妈问我为啥跪着看手机

不行 我对他爸的数学感到堪忧

推

先推水精灵

推 水精灵

有笑有推

推

水伊棒！！！！！布

水精灵先推

前百推

嗯嗯跟我想的一样

先推再看

推

看见ID先推再看

推

A的这位ID,篇篇推到爆

我看懂阿克亚病毒

推个优质

纳维-斯托克斯存在性与光滑性能解出来再叫我一声

推

1推唯一解～

水精灵

快推水精灵

百推内

是你！！！

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水精灵大好文必推！

push

火精灵!Y

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双膝一软

推

推不是唯一解。我觉得很好笑啊

推

唯一解签名档几年了还是很好笑

推一个

卡门涡街 https://goo.gl/mMZpSZ

会爆

印象中有学过他的什么动量积分方程

推

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居然没爆

哇，水精灵。先推再看！

推

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印象中完美流场圆柱那部分是paradox！？

好有趣 推

推

推

推

推推

推 长姿势了

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普利珠啦普利珠

物理配航空 我一定推

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你偷偷毁谤阿克娅 我代替阿克西斯教嘘你

推

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先推

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干我文组

先推

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涨姿势

先推再看

又再卖弄小聪明

推水精灵！

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先推

如果你认为把下流梗放入历史会比较好学，那你真的错了

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还好今年没考 V-K eq'n 解边界层…

推 水精灵必推

推

用心推

太猛了

好

推

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https://youtu.be/9SfAto498XU 这影片上怎么说科塔马大桥垮掉是因为aeroplastic flutter（气体弹性振动？） 非卡门涡街引起的共振 有没有流体力学大师能解惑的？

那桥震动的太夸张了，居然还有人在上面悠闲的漫步

干 karman analogy想到就气 等等补推

36+45的梗不懂

推

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水精灵必推

36+45=79 似乎不是唯一解...

推

化工系学生的仇人

这个王八蛋QQ

推推

推

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水精灵未看先推

paradox那个是迪阿轮伯

推

朝圣推

推！

喜勒工三小

先推，再看

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什么时候可以出一个预测Turbulence的人啊 拜托!

推 水精灵

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水精灵必推喔喔喔喔

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你的文章看了就停不下来

朝圣

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太屌啦

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好诗

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水精灵科普文必推

唯一解这梗也太老XDDD

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有趣推

~~~

推啊，文笔顺畅又幽默的科普文

推啊~~~

推啦!!!!虽然流体力学真的很头痛....

XDXD

推荐这篇文章

果然是水精灵

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冯卡门自传里特别有一章Dr.Tsien of Red China讲钱学森他觉得钱学森会回到中国是受到当时美国麦卡锡主义的影响钱被指控是共产党员 不然他会留在美国 最后不会左右中国的火箭技术 冯有一点惋惜的感觉冯卡门看了日本的风洞 他觉得日本不善于创造 但善于模仿满独特的见解

不错

推

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水精灵必推

阿克娅病毒wwww

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推 !!!!!!!