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丹尼尔·伯努利 是牛顿之后的一代大贤良师

送交者: shoppersVIP[★★悠悠★★] 于 2021-03-30 10:21 已读 1558 次  

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学工科的我们对伯努利这个名字如雷贯耳,然而我们对这位大牛本人却知之甚少。你知道伯努利13岁就进入大学,学的还是哲学和逻辑学吗?你知道伯努利曾学医,并获得医学博士学位吗?你知道伯努利与父亲曾因分享巴黎科学院大奖,激怒了父亲吗?你知道除了流体力学,他还涉足热力学,建立了分子运动理论和热学的基本概念,并指出了压强和分子运动随温度增高而加强的事实吗?
也许你知道资本主义里的凯利方程, 但你可知道伯努利方程是凯利方程的基础吗?

凯利方程之前有伯努利方程,只是没翻译为英文

让我们了解一下大贤良师 丹尼尔·伯努利 (Daniel Bernoulli)

瑞士巴塞尔知名于伯努利定律科学生涯机构巴塞尔大学

丹尼尔·伯努利(Daniel Bernoulli,1700年2月8日-1782年3月17日),生于荷兰格罗宁根,著名数学家,约翰·伯努利之子,为伯努利家族代表人物之一。其伯努利定律适用于沿着一条流线的稳定、非粘滞、不可压缩流,在流体力学和空气动力学中有关键性的作用。

伯努利家族在科学方面贡献非常大, 他们中的大多数数学家,一开始并非有意选择数学研究做为职业,然而却忘情地沉溺于数学之中,有人调侃他们就像酒鬼碰到了烈酒。现在我们翻开伯努利家族的家谱,会发现在祖孙三代中,接连出现了8位著名的数学家,其中对世界产生重要影响的杰出者至少有3位,分别是:生于1654年的雅各布-伯努利、生于1667年约翰-伯努利,以及生于1700年的丹尼尔-伯努利。
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其中, 发现流体力学中大名鼎鼎的伯努利定律的丹尼尔·伯努利,最为显赫, 堪比牛顿.

1738年出版了《流体动力学》一书,共13章。这是他最重要的著作。书中用能量守恒定律解决流体的流动问题,写出了流体动力学的基本方程,后人称之为“伯努利方程”,提出了“流速增加、压强降低”的伯努利原理。
伯努利定律适用于沿着一条流线的稳定、非粘滞、不可压缩流,在流体力学和空气动力学中有关键性的作用。

伯努利原理(又称伯努利定律)是流体力学中的一个定律,由瑞士流体物理学家丹尼尔·伯努利于1726年提出。(原籍贯河南)
它是水力学所采用的基本原理,即:动能+重力势能+压力势能=常数。其最著名的推论为:等高流动时,流速大,压力就小。它仅适用于粘度可以忽略、不可被压缩的理想流体。
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表达式
p+1/2ρv^2+ρgh=C

生平

丹尼尔·伯努利出生于荷兰的格罗宁根,但一生大部分时间居住在瑞士巴塞尔。他是约翰·伯努利的儿子、雅各布·伯努利的侄子。约翰·伯努利希望他经商,但是他仍然从事数学。据说他和他父亲关系不好。在他们同时参加并试图获得巴黎大学的科学竞赛的第一名时,约翰因为不能承受和他的后代做比较的“羞耻”,把丹尼尔逐出他的家族。约翰还曾试图盗窃丹尼尔的著作《Hydrodynamica》(流体力学)并把它重新命名为《Hydraulica》。虽然丹尼尔试图妥协,他父亲至死不愿和解。

他是欧拉的同时代人,也是密友。和欧拉在欧拉-伯努力栋梁方程上有过合作。他于1724年前往圣彼得堡出任数学教授,但不喜欢那里。1733年一场短暂的病给了他离开那里的理由。他回到巴塞尔大学,在那里他曾陆续担任医学、形而上学和自然哲学的教授直至去世。

现在的伯努利家族定居瑞士, 为什么?因为当时荷兰受西班牙殖民统治,对荷兰的异教徒大肆进行着宗教迫害,于是在1561年利昂去世后,他的儿子雅各布-伯努利便在1570年带领全家去往了德国法兰克福。1620年,雅各布有了自己的孙子,这孙子的名字还叫雅各布-伯努利,这个伯努利在后来成为了小有成就的香料商人,而为了进一步发展自己的生意,这哥们带领着全家进行了伯努利家族的第二次搬家,这一次他们搬到了欧洲的商贸中心——瑞士巴塞尔。在取得了瑞士国籍之后,伯努利家族便在瑞士定居下来。
虽然约翰自己是数学教授,但其实他并不希望自己的三个儿子从事数学工作,可能是为了弥补自己的遗憾,约翰坚决要求丹尼尔经商,也和他们的祖上一样,丹尼尔一开始学习的也是哲学和逻辑学,但有其父必有其子,丹尼尔也在学习哲学的同时,突然就迷恋上数学,看到这一幕,约翰是苦口婆心教导了一番,说学数学没有用,也不挣钱,家里有那么大的香料生意没人照看,儿啊,你可得苦海无边回头是岸啊。但父亲的建议,遭到了丹尼尔的强烈反对。

无奈之下,约翰只得后退一步,于是历史再次重演了,那就是丹尼尔重返大学开始学习医学,当然了,即便有了医学博士的光环,也无法掩盖丹尼尔的数学天赋,更为牛X的是,丹尼尔直接把数学应用到了医学之上,发表了关于呼吸机制的数学研究等论文,而且在这一过程中,丹尼尔还与欧拉合作,研究了乐器的振荡频率、音调和音色的关系,两人由此也成为了终生的挚友。

1724年,在哥德巴赫的帮助下,丹尼尔完成了他的数学处女作《数学练习》,其中收罗了大量的数学难题,还逐个把它们求解出来。1726年,丹尼尔又利用数学首次解决了一个复合旋转的运动转换问题,具体是什么,咱也不懂。

从1738年开始,丹尼尔开始步入主要课题,也就是对流体动力学的数学研究,并于当年提出了伯努利定律,还由此获得了法国科学院颁发的学术成果奖。在接下来的人生中,丹尼尔就一发不可收拾了,他把数学广泛地应用到了物理的诸多方面,取得了大量成果,反正都没看懂。由于在数学和物理学上的成就,丹尼尔先后10次荣获法国科学院颁发的科学大奖,1734年,丹尼尔与父亲约翰,同时被选为法国科学院成员,这本来是值得高兴的事情,但伯努利家族血气方刚的尿性依然改不了,约翰认为,自己与儿子同时获得同等地位,这对自己是一种侮辱,于是在盛怒之下,这哥们把丹尼尔逐出了家门。

学术成就[]

他最早的数学著作是《数学习题》(Exercitationes),它发表于1724年,包含了对里卡蒂方程的一个解法。两年后,他第一次指出求解复合运动经常需要把运动分解为平移和转动。他的主要著作是《流体力学》(Hydrodynamique),发表于1738年;它类似于拉格朗日的《分析力学》,书中所有的结果都是一个原理的推论,也就是能量守恒。随后他写了一部关于潮汐理论的论文集,和欧拉以及马克劳林的论文集一起获得了法国科学院的一个奖励:这三部论文集包含了该主题从牛顿的《自然哲学的数学原理》的发表和拉普拉斯的研究之间的所有成果。伯努利也发表了大量关于不同机械问题的论文,特别是关于振动弦问题的,以及布鲁克·泰勒和达朗贝尔的解法。

他是最早试图采用数学方式表述分子运动论的人,而且他试图用这一方式解释波义耳定律,这是和波义耳以及马略特相关的定律。

1760年,丹尼尔·伯努利曾怀疑静电的吸引行为遵循平方反比定律。 

原表达形式

适于理想流体(不存在摩擦阻力)。式中P为流体中某点的压强,v为流体该点的流速,ρ为流体密度,g为重力加速度,h为该点所在高度,C是一个常量。[1]
假设条件
使用伯努利定律必须符合以下假设,方可使用;如没完全符合以下假设,所求的解也是近似值。
定常流:在流动系统中,流体在任何一点之性质不随时间改变。
不可压缩流:密度为常数,在流体为气体适用于马赫数(Ma)<0.3。
无摩擦流:摩擦效应可忽略,忽略黏滞性效应。流体沿着流线流动:流体元素沿着流线而流动,流线间彼此是不相交的。
推导过程

考虑一符合上述假设的流体,如图所示:
流体因受力所得的能量:

流体因引力做功所损失的能量:

流体所得的动能可以改写为:

根据能量守恒定律,流体因受力所得的能量+流体因引力做功所损失的能量=流体所得的动能。

对后可得

丹尼尔·伯努利也是1738年的“风险度量的新理论的讨论”的作者,(《经济学》第22卷(1954年),23-36页;《斯坦福哲学百科全书》),其中,圣彼得堡佯谬是风险趋避,风险贴水和效用的经济理论的基础。

“风险度量的新理论的讨论”值得注意的是它并非自然科学领域,是丹尼尔.伯努利一项开拓性贡献的经济理论。“风险度量的新理论的讨论”,该文件是写在拉丁美洲,研究期刊则发表在圣彼得堡翰林院。

考虑一个游戏,不断地掷同一枚硬币,直到得到正面为止,如果你掷了X次才最终得到正面,你将获得2X-1元。游戏的报名费是100万元,就我们平常来看,这个游戏真的赚不了什么钱,也就不会去参加。不过,如果我们考虑到这个游戏的期望收益是无穷大,我们就应该参加。这就是所谓的圣彼得堡悖论。

丹尼尔.伯努利提出一个理论解决了这个悖论,他得出了一条原理,“财富越多人越满足,然而随着财富的增加,满足程度的增加速度不断下降”。也就是现在我们所说的“边际效用递减”。财富从无到有,和从有很多到有更多,效用是完全不一样的。

1766年,丹尼尔.伯努利第一次尝试用统计数据分析问题。当时的数据目前仍被保存着,这个数据被用来分析天花的传播和死亡率,并以此证明疫苗的效力。

现在一些经济学家认为“风险度量的新理论的讨论”可作为经济学的基础论。然而边际效用的这个想法在当时的100年后的捷文斯的眼里是不合时宜的,所以他建立了独立的预期效用理论。200年后,数学家冯诺依曼和经济学家摩根斯坦发表了一个大著“博弈论与经济行为”。

结论:
人类认识利用这个世界,必然需要数理化, 而数理化的背后必然需要正确哲学,而研究哲学必然需要深厚的数学.
因此数学是万物之源. 数学指导哲学,哲学指导物理,经济,等应用科学.

这是我说的.爱信不信.哈哈.

贴主:shoppersVIP于2021_03_31 12:41:09编辑

贴主:shoppersVIP于2021_03_31 12:42:20编辑
贴主:shoppersVIP于2021_03_31 12:44:47编辑
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