ВВЕДЕНИЕ

Гидравликой называется наука, изучающая законы равновесия и движения жидкостей и разрабатывающая методы их применения для решения практических задач.

Название «гидравлика» происходит от сочетания греческих слов «hydor» — вода и «aulos» — труба, желоб. Первоначально она представляла собой учение о движении воды по трубам. С развитием техники область применения законов гидравлики существенно расширилась. На законах гидравлики основан расчет разнообразных гидротехнических сооружений (например, плотин, каналов, водосливов), трубопроводов для подачи различных жидкостей, гидромашин (насосов, гидротурбин, гидропередач), а также других гидравлических устройств, применяемых во многих областях техники. Курс гидравлики, как правило состоит из трех классических разделов: гидростатика, гидродинамика, гидромашины.

Гидравлика зародилась в Древней Греции. Первым научным трудом по гидравлике считается работа Архимеда (287—212 до н.э.) «О плавающих телах», содержащая его известный закон о равновесии тела, погруженного в жидкость. Большим достижением античности являлись грандиозные системы водоснабжения и канализации Древнего Рима.

В средние века гидравлика практически не развивалась, так как эпоха феодализма с ее натуральным хозяйством и отсутствием развитой промышленности не ставила перед этой наукой задач, требующих разрешения. Только с зарождением капитализма появилась необходимость в развитии гидравлики быстрыми темпами.

В конце XV в. великий итальянский ученый, инженер, живописец, скульптор и архитектор Леонардо да Винчи (1452–1519) написал труд «О движении воды в речных сооружениях». Он первым ввел понятие сопротивления движению твердых тел в жидкостях и газах и положил начало экспериментальной гидравлике, поставив лабораторные опыты. В 1586 г. нидерландский математики инженер Симон Стевин (1548–1620) опубликовал книгу «Начала гидростатики», в которой дал правила определения силы давления жидкости на дно и стенки сосудов. В 1612 г. появился трактат итальянского ученого Галилео Галилея (1564–1642) «Рассуждение о телах, пребывающих в воде, и тех, которые в ней движутся». В 1643 г. ученик Г.Галилея Эванджелиста Торричелли (1608–1647) установил закон вытекания жидкости из отверстия в сосуде. В 1663 г. был опубликован установленный французским математиком и физиком Блезом Паскалем (1623–1662) закон о передаче внешнего давления в жидкости. В 1687 г. английский математик, механик и физик Исаак Ньютон (1643–1727) сформулировал законы внутреннего трения в движущейся жидкости. Все перечисленные работы представляли собой лишь отдельные разрозненные труды по гидравлике.

Основоположниками гидравлики как науки были действительные члены Петербургской академии наук М. В.Ломоносов (1711–1765), Леонард Эйлер (1707–1783) и Даниил Бернулли (1700–1782), в результате исследований которых гидравлика получила теоретическую базу.

Л.Эйлер первым дал ясное определение понятия движения жидкости и вывел уравнения движения идеальной жидкости. Он раскрыл природу взаимодействия тела с натекающей на него жидкостью, ввел понятие давления в точке движущейся или покоящейся жидкости, вывел уравнение неразрывности жидкости и так называемое турбинное уравнение, которое находит широкое применение при расчете насосов, турбин и компрессоров.

В 1738 г. Д. Бернулли опубликовал капитальный труд по гидравлике «Гидродинамика», в котором дал метод изучения законов движения жидкости, ввел понятие «гидродинамика» и предложил теорему о запасе энергии движущейся жидкости. Эта теорема носит теперь имя Д. Бернулли и лежит в основе ряда разделов гидравлики.

Выдающийся русский ученый Д.И.Менделеев (1834–1907) в 1880 г. впервые указал на существование в природе двух режимов движения жидкости, что несколько позже было подтверждено английским ученым Осборном Рейнольдсом (1842–1912). Тонкие экспериментальные исследования закона внутреннего трения в жидкостях при ламинарном режиме были проведены русским ученым и инженером Н.П.Петровым (1836–1920). Эти работы позволили глубже проникнуть в физическую природу гидравлических сопротивлений и положили начало учению о турбулентном движении.

Отец русской авиации Н.Е.Жуковский (1847–1921) внес огромный вклад в развитие гидравлики. Им впервые была разработана теория гидравлического удара в трубах и дано классическое решение большого круга технических вопросов в области авиации, водоснабжения и гидротехники. Трудами советского ученого Н.Н.Павловского (1884–1937) и его учеников развита новая отрасль гидравлики — гидравлика сооружений. В настоящее время гидравлика и аэродинамика бурно развиваются, основываясь на синтезе теоретических и экспериментальных методов.