1.2.8. Механіка рідини і дослідження природних вод

Використання водних ресурсів для технічних та господарських потреб почалося у глибоку давнину (див. 1.1.1). Тоді проводились як гідротехнічні так і суднобудівні та інші роботи. Але повинні були пройти віки та тисячоліття, до того як почали з’являтися перші спроби дати кількісну оцінку явищ, розвинути певні теоретичні погляди. Одною з перших наукових праць, що збереглася до наших днів є праця Архімеда про плавання тіл (250 р. до н.е.). Цікаво, що вона не втратила свого значення (як і багато інших наукових досягнень давніх греків). Трохи пізніше Ктезибій винайшов пожежний насос, водяний годинник та інші пристрої. Герону Олександрійському належить опис сифону, водяного органу, автомату для відпуску рідини та ін. Давні римляни вже звертали увагу на залежність між площею живого перетину та похилом водного потоку, на опір руху в трубах, на нерозривність руху рідини. Пройшли ще віки і лише у XVIII столітті склалися достатні умови для створення механіки рідини. В цей час були закладені її теоретичні основи, в основному працями Д.Бернуллі (1700-1782), Л.Ейлера (1707-1783) та Ж.Д’Аламбера (1717-1783). Великий внесок в цей період зробили також Ж.Лагранж (1736-1813) та П.Лаплас (1749-1827).

Поряд з цим у Франції поступово формувалась особлива школа — школа вчених-інженерів, які стали формувати механіку рідини як технічну (прикладну) науку. Їй дали назву “гідравліка”. Яскравими представниками цієї школи були Піто (1695-1771), Шезі (1718-1798), Борда (1733-1799), Дюбуа (1734-1809). Технічний напрямок механіки рідини розвивався і в інших країнах. Наприклад в Італії проф. Вентурі (1746-1822) досліджував витікання води з отворів та насадків різної форми, описав стискання транзитного струменя та ін. Німецький вчений-інженер Вольтман (1757-1837) опублікував працю “Теорія та застосування гідромеханічних крил”, де розглянув прилади для вимірювання швидкості течії — гідромеханічні млинки.

Дослідження в області механіки рідини поступово формували основу для розуміння фізичних процесів, що відбуваються у природних водних об’єктах. Перші спроби використання таких підходів відноситься до XIX століття. Але дійсно широке застосування розпочалось на межі та початку XX століття.

Різниця між теоретичною та технічною гідромеханікою збереглась до наших днів (хоча існує також тенденція їх зближення і поєднання методів). Ця різниця позначилась і на дослідженнях природних вод. Так рух води у річках описують переважно засобами гідравліки, а течії в океанах переважно — теоретичної гідромеханіки. Точніше, океан описують за допомогою законів гідротермодинаміки. Вони застосовуються і для атмосфери, і для всієї так-званої кліматичної системи Землі (див. частину 3 підручника). Існують також спроби розвивати теорію руслових потоків методами теоретичної гідромеханіки. Молодою, швидко прогресуючою галуззю науки є геофізична гідродинаміка, яка розглядає термодинамічні закони руху в рідинах (газах), що обертаються (наприклад разом з планетами). Тут використовують також знання магнітогідродинаміки, фізики плазми, нелінійної механіки та ін. Характерними ознаками сучасних досліджень є все більше застосування досягнень теорії імовірностей і математичної статистики, а також математичного моделювання, числових методів, інформатики. Все це дає змогу глибше проникати в сутність процесів розвитку водних об’єктів Землі, загальних гідрологічних закономірностей. Тому, при вивченні гідрології, неможливо обійти увагою деякі первинні, базові уявлення про механіку природних вод.