لودفيج براندتل

لودفيج براندتل ( بالألمانية: [ ˈluːtvɪç ˈpʁantl̩ ] ؛ 4 فبراير 1875 - 15 أغسطس 1953) ^{[ 1 ]} كان عالم ديناميكا الموائع ، وفيزيائيًا، وعالمًا في مجال هندسة الطيران والفضاء. كان رائدًا في تطوير تحليلات رياضية منهجية دقيقة استخدمها كأساس لعلم الديناميكا الهوائية ، والتي أصبحت فيما بعد أساسًا لعلم هندسة الطيران التطبيقي . ^{[ 2 ]} في عشرينيات القرن العشرين، وضع الأساس الرياضي للمبادئ الأساسية للديناميكا الهوائية دون الصوتية على وجه الخصوص، وبشكل عام حتى السرعات فوق الصوتية . حددت دراساته طبقة الحدود ، والأجنحة الرقيقة ، ونظريات خط الرفع . سُمي عدد براندتل تيمنًا به. ^{[ 3 ]}

وُلد براندتل في فرايزينغ ، بالقرب من ميونيخ ، في 4 فبراير 1875. ^{[ 3 ]} عانت والدته من مرض طويل، ونتيجة لذلك، أمضى لودفيغ وقتًا أطول مع والده، أستاذ الهندسة. كما شجعه والده على مراقبة الطبيعة والتفكير في ملاحظاته.

التحق براندتل بجامعة ميونخ التقنية عام 1894، وحصل على درجة الدكتوراه تحت إشراف البروفيسور أوغست فوبل في غضون ست سنوات. ^{[ 4 ]} وكانت أطروحته بعنوان "حول ظواهر الميل، مثال على التوازن المرن غير المستقر" (1900). ^{[ 3 ]}

بعد تخرجه من الجامعة، التحق براندتل بالعمل في مصنع آلات أوغسبورغ-نورنبرغ لتحسين جهاز شفط لإزالة النشارة في عملية التصنيع. أثناء عمله هناك، اكتشف أن أنبوب الشفط لا يعمل لأن خطوط التدفق تنفصل عن جدران الأنبوب، وبالتالي لا يحدث الارتفاع المتوقع في الضغط داخل الأنبوب ذي التباعد الحاد. وقد لاحظ دانيال برنولي هذه الظاهرة سابقًا في حالة هيدروليكية مماثلة . ويتذكر براندتل أن هذا الاكتشاف قاده إلى التفكير المنطقي وراء منهجه القائم على طبقة الحدود لدراسة المقاومة في السوائل ذات اللزوجة المنخفضة. ^{[ 5 ]}

في عام ١٩٠١، أصبح براندتل أستاذًا لميكانيكا الموائع في المدرسة التقنية في هانوفر ، والتي أصبحت لاحقًا جامعة هانوفر التقنية ، ثم جامعة هانوفر . وهناك طوّر العديد من أهم نظرياته. ^{[ ٣ ]} في ٨ أغسطس ١٩٠٤، قدّم ورقة بحثية رائدة بعنوان " Über Flüssigkeitsbewegung bei sehr kleiner Reibung " ( حول حركة الموائع ذات الاحتكاك المنخفض جدًا ) في المؤتمر الدولي الثالث للرياضيات في هايدلبرغ . ^{[ ٦ ] [ ٧ ] [ ٨ ]} في هذه الورقة، وصف الطبقة الحدية وأهميتها في مقاومة السحب ^{[ ٣ ]} والانسيابية . كما وصفت الورقة انفصال التدفق نتيجةً للطبقة الحدية، موضحةً مفهوم التوقف لأول مرة. حاول العديد من طلابه إيجاد حلول مغلقة ، لكنهم فشلوا، وفي النهاية ، لا يزال التقريب الوارد في ورقته الأصلية مستخدمًا على نطاق واسع.

كان تأثير البحث بالغًا لدرجة أن براندتل خلف هانز لورنز في منصب مدير معهد الفيزياء التقنية بجامعة غوتنغن في وقت لاحق من ذلك العام. في عام 1907، وخلال فترة عمله في غوتنغن، كُلِّف براندتل بإنشاء منشأة جديدة لدراسات نماذج المناطيد الآلية، سُميت Motorluftschiffmodell-Versuchsanstalt (MVA)، ثم أصبحت Aerodynamische Versuchsanstalt (AVA) في عام 1919. ^{[ 9 ]} ركزت المنشأة على قياسات نماذج المناطيد في نفق الرياح بهدف تصميم أشكال ذات مقاومة هواء منخفضة. خلال الحرب العالمية الأولى ، استُخدمت المنشأة كمركز بحثي كبير، حيث شملت مهامها العديد من الدراسات، بما في ذلك الرفع والسحب على الأجنحة، وديناميكا الهواء للقنابل، والتجويف على شفرات مراوح الغواصات. ^{[ 9 ]} في عام 1925 ، فصلت الجامعة ذراعه البحثي لإنشاء معهد القيصر فيلهلم لأبحاث التدفق (الآن معهد ماكس بلانك للديناميكا والتنظيم الذاتي ). ^{[ 10 ]}

نظراً لتعقيد أفكار براندتل حول الطبقة الحدية في بحثه المنشور عام ١٩٠٤، كان انتشار المفهوم بطيئاً في البداية. ولم يتبنَّ الكثيرون الفكرة لعدم فهمهم لها. وتوقفت الاكتشافات الجديدة حول الطبقة الحدية حتى عام ١٩٠٨، حين نشر اثنان من طلابه في غوتينغن، وهما بلاسيوس وبولتزه، أطروحتيهما حول هذا الموضوع. شرحت أطروحة بلاسيوس ما يحدث للطبقة الحدية عندما تتلامس صفيحة مسطحة بشكل متوازٍ مع تيار منتظم. وكان بحث بولتزه مشابهاً لبحث بلاسيوس، لكنه طبّق نظرية براندتل على الأشكال الكروية بدلاً من الأجسام المسطحة. وقد وسّع براندتل الأفكار الواردة في أطروحات طلابه لتشمل طبقة حدية حرارية مرتبطة بانتقال الحرارة. ^{[ ١١ ]}

بحلول عام ١٩١٤، نُشرت ثلاث أوراق بحثية أخرى من باحثي غوتينغن حول الطبقة الحدية. ولأسباب مشابهة لتلك التي أدت إلى نشر ورقة براندتل عام ١٩٠٤، كان انتشار هذه الأوراق السبع الأولى حول الطبقة الحدية بطيئًا خارج غوتينغن. ويعود ذلك جزئيًا إلى الحرب العالمية الأولى، حيث كان هناك نقص في الأوراق البحثية المنشورة حول الطبقة الحدية حتى نشر أحد طلاب براندتل، ثيودور فون كارمان، ورقة بحثية عام ١٩٢١ حول معادلة تكامل الزخم عبر الطبقة الحدية. ^{[ ١١ ]}

استكمالاً لأبحاث فريدريك لانشستر السابقة بين عامي 1902 و 1907، تعاون براندتل مع ألبرت بيتز وماكس مونك لإيجاد أداة رياضية فعّالة لدراسة قوة الرفع الناتجة عن أجنحة الطائرات في الواقع العملي. نُشرت النتائج بين عامي 1918 و 1919، والمعروفة بنظرية لانشستر-براندتل للأجنحة . كما أضاف براندتل تفاصيل محددة لدراسة الأجنحة المنحنية، كتلك الموجودة في طائرات الحرب العالمية الأولى، ونشر نظرية مبسطة للأجنحة الرقيقة لهذه التصاميم. أدى هذا العمل إلى إدراك أن تأثيرات أطراف الأجنحة، في أي جناح ذي طول محدود، تُصبح بالغة الأهمية للأداء العام للجناح وخصائصه. وشمل العمل دراسة معمقة لطبيعة السحب المستحث ودوامات أطراف الأجنحة ، ^{[ 3 ]} التي كانت مهملة سابقاً. بيّن براندتل أن توزيع الرفع الإهليلجي على امتداد الجناح هو الأكثر كفاءة، إذ يُعطي أقل قدر من السحب المستحث للامتداد المحدد. أتاحت هذه الأدوات لمصممي الطائرات إجراء دراسات نظرية ذات مغزى لطائراتهم قبل بنائها.

قام براندتل لاحقًا بتوسيع نظريته لوصف توزيع الرفع على شكل جرس، مما يقلل الأحمال قرب أطراف الأجنحة عن طريق تخفيف الضغط على أطرافها حتى الوصول إلى اندفاع هابط سلبي ، وهو ما يُعطي أقل مقاومة مستحثة لأي وزن هيكلي مُحدد للجناح. ^{[ 12 ]} مع ذلك، لم يحظَ هذا التوزيع الجديد للرفع بنفس الاهتمام الذي حظي به التوزيع الإهليلجي، وتم تجاهله في البداية في معظم تصاميم الطائرات العملية. وقد أعاد باحثون آخرون اكتشاف هذا المفهوم، وأصبح ذا أهمية متزايدة ^{[ 13 ] [ 14 ]} (انظر أيضًا طائرة براندتل-دي التجريبية).

وضع براندتل وتلميذه ثيودور ماير النظريات الأولى للموجات الصدمية فوق الصوتية وتدفقها عام ١٩٠٨. وقد أتاحت مراوح التمدد التي ابتكرها براندتل-ماير بناء أنفاق هوائية فوق صوتية . لم يتسنَّ لبراندتل مواصلة العمل على هذه المسألة إلا في عشرينيات القرن العشرين، حين تعاون مع أدولف بوسمان وابتكرا طريقة لتصميم فوهة فوق صوتية عام ١٩٢٩. واليوم، تُصمَّم جميع الأنفاق الهوائية فوق الصوتية وفوهات الصواريخ باستخدام الطريقة نفسها. أما التطور الكامل للموجات فوق الصوتية، فقد انتظر عمل ثيودور فون كارمان ، تلميذ براندتل في غوتينغن.

طوّر براندتل مفهوم "الدوران" الذي أثبت أهميته البالغة في ديناميكا الموائع لمراوح السفن. وقد أجرى معظم أعماله التجريبية في مختبره في غوتينغن بين عامي 1910 و1918 بمساعدة مساعده ألبرت بيتز وطالبه ماكس مونك. وظلت معظم اكتشافاته المتعلقة بالدوران طي الكتمان عن العالم الغربي حتى ما بعد الحرب العالمية الأولى. ^{[ 15 ]}

قبل الحرب العالمية الأولى، كانت جمعية علماء الطبيعة والأطباء الألمان (GDNÄ) هي الفرصة الوحيدة لعلماء الرياضيات التطبيقية والفيزياء والمهندسين في البلدان الناطقة بالألمانية للنقاش. ^{[ 9 ]} في عام 1920، اجتمعوا في باد ناوهايم وخلصوا إلى ضرورة وجود مظلة جديدة للعلوم التطبيقية نظرًا لتجربتهم خلال الحرب. ^{[ 9 ]} في العام نفسه، شكّل الفيزيائيون، ومعظمهم من المختبرات الصناعية، جمعية جديدة سُميت الجمعية الفيزيائية الألمانية (DGTP). ^{[ 9 ]} في سبتمبر 1921، عقدت الجمعيتان اجتماعًا مع الجمعية الرياضية الألمانية (DMV) في يينا . ذكرت مجلة ZAMM (مجلة الرياضيات التطبيقية والميكانيكا) في مجلدها الأول أن هذا الاجتماع "لأول مرة، بدأت الرياضيات التطبيقية والميكانيكا في الظهور بشكل أكبر" ^{[ 16 ]} وقد روجت هذه المجلة للأهداف المشتركة لبراندتل، وثيودور فون كارمان ، وريتشارد فون ميزس ، وهانز رايسنر . ^{[ 9 ]}

إضافةً إلى تأسيس جمعية ZAMM، تم تشكيل جمعية GAMM (الرابطة الدولية للرياضيات التطبيقية والميكانيكا) بفضل الجهود المشتركة لبراندتل وزملائه. ^{[ 9 ]} بعد هذه الاجتماعات الأولية لجمعية GAMM، اتضح وجود مجتمع دولي جديد يضم علماء الرياضيات والمهندسين العلميين والفيزيائيين. ^{[ 9 ]}

تناولت أعمال أخرى مشكلة الانضغاطية عند السرعات دون الصوتية العالية، والمعروفة بتصحيح براندتل-غلاورت . وقد أصبح هذا التصحيح بالغ الأهمية خلال الحرب العالمية الثانية عندما بدأت الطائرات تقترب من السرعات فوق الصوتية لأول مرة. كما عمل في مجالات الأرصاد الجوية ، واللدونة، والميكانيكا الإنشائية . وقدم أيضًا إسهامات كبيرة في مجال علم الاحتكاك . ^{[ 17 ]}

بعد بحث براندتل في عدم الاستقرار بين عامي 1921 و1929، انتقل إلى دراسة الاضطراب المتطور. ^{[ 18 ]} وكان كارمان يبحث في هذا الموضوع أيضًا، مما أدى إلى سباق محموم لإيجاد حل لملف السرعة في الاضطراب المتطور. ^{[ 18 ]} وفيما يتعلق بالمنافسة المهنية التي بدأت بينهما، علّق كارمان قائلًا: "أدركتُ منذ قدومي إلى آخن أنني وأستاذي القديم كنا في منافسة عالمية. كانت المنافسة نزيهة، بالطبع. لكنها كانت منافسة من الطراز الأول، أشبه بدورة ألعاب أولمبية، بيني وبين براندتل، بل وتجاوزت ذلك لتشمل غوتينغن وآخن. كان "ميدان اللعب" هو مؤتمر الميكانيكا التطبيقية. أما "كرتنا" فكانت البحث عن قانون عالمي للاضطراب." ^{[ 19 ]} حوالي عام 1930، انتهى السباق بالتعادل حيث خلص كلا الرجلين إلى أن مربع الاحتكاك الجلدي العكسي مرتبط بالقيمة اللوغاريتمية لحاصل ضرب رقم رينولدز والاحتكاك الجلدي كما هو موضح أدناه حيث k و C ثابتان.

كان لعمل براندتل وفون كارمان حول الحدود تأثير كبير، وقد اعتمده خبراء الديناميكا الهوائية والمائية حول العالم بعد الحرب العالمية الأولى. في مايو 1932، عُقد المؤتمر الدولي حول المشكلات الهيدروميكانيكية لدفع السفن في هامبورغ . عرض غونتر كيمبف عددًا من التجارب في المؤتمر، والتي أكدت العديد من الاكتشافات النظرية لفون كارمان وبراندتل. ^{[ 20 ]}

بعد صعود هتلر إلى السلطة وتأسيس الرايخ الثالث ، واصل براندتل دوره كمدير لجمعية القيصر فيلهلم . خلال هذه الفترة، استغلت وزارة الطيران النازية ، بقيادة هيرمان غورينغ ، سمعة براندتل العالمية كعالم للترويج لأجندة ألمانيا العلمية. ويبدو أن براندتل قد خدم بسعادة كسفير للنظام النازي، إذ كتب عام 1937 إلى ممثل اللجنة الاستشارية الوطنية للملاحة الجوية (NACA) : "أعتقد أن الفاشية في إيطاليا والاشتراكية الوطنية في ألمانيا تمثلان بدايات جيدة جدًا لفكر واقتصاد جديدين". ويتضح دعم براندتل للنظام في رسائله إلى جي آي تايلور وزوجته عامي 1938 و1939. وفي إشارة إلى معاملة ألمانيا النازية لليهود، كتب براندتل: "كان الصراع الذي اضطرت ألمانيا، للأسف، إلى خوضه ضد اليهود ضروريًا للحفاظ على وجودها". كما ادعى براندتل أيضًا: "إذا اندلعت حرب، فإن مسؤولية إشعالها بإجراءات سياسية تقع هذه المرة بلا شك على عاتق إنجلترا". ^{[ 21 ]}

بصفته عضوًا في الجمعية الفيزيائية الألمانية (DPG) ، ساعد براندتل كارل رامساور في صياغة عريضة الجمعية عام 1941. نُشرت العريضة عام 1942، وجادلت بأن الفيزياء في ألمانيا تتخلف عن نظيرتها في الولايات المتحدة بسبب رفض الفيزيائيين الألمان لما يُسمى بـ"الفيزياء اليهودية" ( النسبية ونظرية الكم ). بعد نشر العريضة، تراجعت قناعة تفوق "الفيزياء الألمانية"، مما سمح للطلاب الألمان بدراسة هذه المجالات الجديدة في المدارس. ^{[ 20 ]}

• بول بيتر إيوالد، ثيودور بوشل، لودفيج براندتل؛ ترجمة معتمدة من قبل ج. دوغال و دبليو إم دينز فيزياء المواد الصلبة والسوائل: مع التطورات الحديثة بلاكي وابنه (1930).
• تيتجينز، أوسكار كارل جوستاف؛ براندتل، لودفيج (1957). أساسيات الهيدروميكانيكا والهوائية . شركة كورير. ISBN 978-0-486-60374-2.{{cite book}}عدم توافق رقم ISBN / التاريخ ( مساعدة )
• براندتل، لودفيج (1952). أساسيات ديناميكا الموائع: مع تطبيقات في الهيدروليكا، والطيران، والأرصاد الجوية، ومواضيع أخرى . هافنر. ISBN 9780028503301.{{cite book}}عدم توافق رقم ISBN / التاريخ ( مساعدة )

عمل براندتل في غوتينغن حتى وفاته في 15 أغسطس 1953. ولا يزال عمله في ديناميكا الموائع يُستخدم حتى اليوم في العديد من مجالات الديناميكا الهوائية والهندسة الكيميائية . ويُشار إليه غالبًا بأنه أبو الديناميكا الهوائية الحديثة.

سُميت فوهة براندتل على الجانب البعيد من القمر تكريماً له.

تم منح Ludwig-Prandtl-Ring من قبل Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt تكريما لمساهمته المتميزة في مجال هندسة الطيران.

في عام 1992، تم إدخال براندتل إلى قاعة مشاهير الطيران والفضاء الدولية في متحف سان دييغو للطيران والفضاء . ^{[ 22 ]}

• توربين تسلا
• قياس سرعة صورة الجسيمات
• نفق الرياح
• نفق الرياح دون سرعة الصوت وفوق سرعة الصوت
• أنبوب بيتوت
• قانون براندتل للقوة السابعة
• طائرتا الأبحاث التابعتان لناسا، براندتل-دي (التصميم الديناميكي الهوائي الأولي للأبحاث لتقليل السحب) وبراندتل-إم (التصميم الديناميكي الهوائي الأولي للأبحاث للهبوط على المريخ)، وكلاهما اختصاران معكوسان تكريماً لبراندتل

• لودفيج براندتل في مشروع علم الأنساب الرياضي
• سيرة لودفيج براندتل باللغة الألمانية ، رقم ISBN 3-938616-34-2٢٥٨ صفحة
• سيرة لودفيج براندتل باللغة الإنجليزية ، رقم ISBN 978-3-86395-160-3٢٦٥ صفحة
• طبقة الحدود لودفيج براندتل
• تسجيل فيديو لمحاضرة إي. بودنشاتز حول حياة وأعمال لودفيج براندتل