Предлагается техника и методика применения лекционного эксперимента по измерению зависимости концентрации частиц от высоты. Стальные шарики в вертикальной кювете со стеклянными стенками играют роль частиц, участвующих в хаотическом движении, которое инициируется вибрирующим дном кюветы. Видеосъемка кюветы с двигающимися шариками ведется на стандартную веб-камеру. Разработанная программа обработки изображений в реальном времени определяет вертикальные координаты частиц, проводит усреднение по нескольким кадрам, строит графики измеренной зависимости средней концентрации частиц от высоты и функций, аппроксимирующих экспериментальные кривые.
Ключевые слова:лекционный эксперимент, распределение Больцмана, обработка изображений в реальном времени.
I.V. Grebenev, P.V. Kazarin, Yu.V. Polushtaytsev, N.F. Uslugin Demonstration experiment for studying the Boltzmann distribution
We offer a technique and methodology for using a lecture experiment to measure the dependence of particle concentration on height. Steel balls in a vertical cell with glass walls play the role of particles participating in the chaotic movement, which is initiated by the vibrating bottom of the cuvette. Video recording of the cuvette with moving balls is carried out using a standard web camera. The developed real-time image processing program determines the vertical coordinates of particles, performs averaging over several frames, and plots graphs of the measured dependence of the average particle concentration on height and functions that approximate the experimental curves.
Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет имени Н.И. Лобачевского; Институт металлоорганической химии имени Г.А. Разуваева РАН
Гребенев Игорь Васильевич доктор педагогических наук, профессор; профессор кафедры кристаллографии и экспериментальной физики физического факультета Национального исследовательского Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского.
Казарин Петр Васильевич кандидат педагогических наук, старший преподаватель кафедры общей физики радиофизического факультета Национального исследовательского Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского.
Полуштайцев Юрий Викторович кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории фотополимеризации и полимерных материалов ИМХ РАН.
Услугин Николай Федорович кандидат физико-математических наук, доцент, руководитель Центра физических демонстраций кафедры общей физики радиофизического факультета Национального исследовательского Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского.
Литература 1. Сивухин Д.В. Общий курс физики: учеб. пособие: для вузов в 5 томах. Т. II. Термодинамика и молекулярная физика. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2005.– 544 с. 2. Учебный эксперимент по молекулярной физике и теплоте / Ред.–сост. В.Ф. Гудкова. – М.: Школа–Пресс, 1995. – 96 c. 3. Шахмаев Н.М., Шилов В.Ф. Физический эксперимент в средней школе: Механика. Молекулярная физика. Электродинамика. – М.: Просвещение, – 255 c. 4. Ханнанов Н.К., ХоменкоС. В., Сазонов М.М., Поваляев О.А. Использование вэб–камеры для повышения наглядности демонстрационного эксперимента по физике // Физическое образование в вузах. – 2011. – Т. 17, № 1. – С. 59-67. 5. Майер В.В., Данилов О.Е. Исследование волновых полей методом компьютерного сканирования // Учебная физика. – 2005. – № 1. – С. 153-186. 6. Казарин П.В., Полуштайцев Ю.В., Услугин Н.Ф. Лекционные опыты по демонстрации дифракции света в системе университетского физического образования // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. Серия: Социальные науки. – 2017. – Т. 3, № 47. – С. 143- 7. LabVIEW DAQ VI Reference for Windows / National Instruments Corp.,1994. – 546 p.