Способ демонстрации статистических закономерностей в физике

СОЮЗ СОВЕТСКИКСОЦИАЛИСТИЧЕСКРЕСПУБЛИК ЯО 350826(5 09 В 23/ ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН Сущность изобретения заключается втом, что на цветном проекционномтелевизионном экране в условных цве-тах создают, например, с помощью ЭРМ прямоугольную область с перегородкой в 1/4 ее части, затем в область вво.",- дят,например с помощью генератора случайных чисел М условных точек и в выделенной 1/4 части области производят Я подсчетов точек в динамике через равные промежутки времени, затем определяют среднее число точек иэ Ы подсчетов по времени, далее в разныепромежутки времени в область Я раэвводят М случайных точек-ансамблей в статике и в выделенной 1/4 части об- ф ласти производят И подсчетов точек в статике, затем определяют их среднее число из Н подсчетов и в конце .сравнивают средние числа точек из Н подсчетов по времени к ансамблю в /4части областикоторые должны быть равны, 1 ил.3 ивй 9 стройствожения текущпроцессор тв Из обучеот зике,ремен- моле- стаед мо ными устр ЭВМ 3 для ционном э и ных к куляр тисти чайных чисел, ключенный к пр служит для соз щихся частиц-т цветной развер кий растр) насогласующее ус ласования выхо тно д нстраци афическаяующая споои гипоГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯПРИ .ГКНТ СССР К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС(54) СПОСОБ ДЕМОНСТРАЦИИ СТАТИСТИЧЕСКИХ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ В ФИЗИКЕ(57) Изобретение относится к учебнымпособиям по Физике и может быть ис-:пользовано в целом ряде лекционныхкурсов, например статистической физике, молекулярной физике, термодинамике и т.д, Цель изобретения - демонстрация эргодической гипотезы в физике,бретение относится к сре ия, в частности к нагляд вам для демонстраций в ф т быть использовано в со рсах физики при изучении ой физики, термодинамики еской физики, теории вероя Цель изобретения - деэргодической гипотезы,На чертеже приведенасхема устройства, реалисоб демонстрации эргодичтезы в физике,содержит дисплей 1 для ей визуальной информа, объединенный с пери ойствам и дисплеем в создайия картины на кране, генератор 4 слувходами и выходами под оцессору 2, который дания на экране движу - очек, формирователь 5, тки (цветной динамичеспроекционном экране, тройство 6 для согдных видеосигналов фор1508267 55 миронателя 5 цветной развертки свходами устройства электронного блока 6 Формирования цветного изображения (телевизионного монитора 7),электронно-лучевые трубки синего 8,зеленого 9, красного 10, проекцион "ные линзы 11 - 13 соответственно длякаждой электронно-лучевой трубки,служащие для формирования изображения, экран 14 большого размера ивыполненный в виде, например, металлизированной поверхности, получаемуюФна экране картину в ниде цветногоизображения 15, 15Устройство для реализации способадемонстрации статистических закономерностей в физике работает следующим образом,В Физике известно, что средние по 20времени можно заменить средними поансамблю. Всякое измерение физичес"кой величины невозможно произвестимгновенно, оно занимает определенноевремя, Можно считать,чго на опытенаблюдается среднее во времени;с.Лсс с1 дрогде Р - динамическая величина,30зависит от фазовой точки Р в моментвремени й, причем наблюдение ведетсяв интервале времении С.о + О, Однако временные средние можно заменитьна средними по ансамблю опираясь 35на эргодическую гипотезу, и все этопродемонстировать при помощи ЭВМ иее периферийных устройств,На цветном проекционном экране 14с помощью процессора 2 Формируется 40, цветная проямоугольная область 15,внутри которой выделяется цветной перегородкой, например, 1/4 ее часть,причем цвет ее отличается от цвета.проямоугольной области для повышения 45дидактического восприятия демонстра-,ции, Цветовые сигналы Формируются вблоке 5.Затем с помощью генератора 4 случайных чисел в область 15 вводят час тицы-точки, цвет которых отличается от приведенных, где каждой точкесопоставляется определенное числогенератором случайных чисел, Когдагенератор случайных чисел включен.то точки меняют свое местоположениев выделенной области.Если, например взять М условныхчастиц-точек например, равным 40,т,е, М=40, то движение этих точек ввыделенной области можно рассматривать, например, как броунское движение 40 частиц (примеси) в однородном газе, и уже при таком количестветочек возможно продемонстировать эргодическую гипотезу в физике и создать таким образом, реальный физический образ,Затем производят И подсчетов чис"ла точек-частиц в выделенной 1/4части области через равные промежутки времени, которые задаются временемвключения работы генератора 4 случайных чисел, процессором 2.Достатбчно выбрать время работыгенератора случайных чисел, например,10 с и произвести 20 подсчетов, т,е,И = 20, при каждом акте в 1/4 частивыделенной области каждый раз будетразное число точек-частиц и, усредняяих количество, получаем, что среднеечисло М точек-частиц равно 10.Далее производят подсчет М числаточек-частиц н 1/4 части области путем мгновенного включения и выключения генератора 4 случайных чисел, выполняя эту операцию процессором 2, в результате чего генератор случайных чи-.сел каждый раз Формирует в заданнойобласти новое распределение точекчастиц, тем самым образуется ансамбльи, выбирая число точек-частиц М=40,ичисло подсчетов И=20,подсчитывая в1/4 части области количество частиц-точек,получаем,что среднеечисло М частиц-точек, усредненное по ансамблю,равно 10, т,е, М = 10Сравнивая затем результаты днухописанных операций, получаем их равенство, тем самым демонстрация показывает, что среднее по времени рав-,но среднему по ансамблю и являетсянаглядной физической проверкой эрго- .дической гипотезы в физике,Уже при выбранных параметрах число частиц-точек М 40, количествоподсчетов г 1 = 20, в 1/4 части вьщеленной области достигается положительный эффект.при выполнении описанныхопераций Частицы-точки могут считатьр;сякак визуально на экране, так иэлектронным способом-процессорои,/выводя результатсчета на экран дисплея 1,при определенной организациивсего устройства,Выбор размера 1/4 части областивызван тем, что .с целью удобства подЗаказ 5544/5 ВНИИПИ Госуд 4 одписно и и ГКНТ С по изобретениям и открыти -35, Раушская наб., д. 4/ рственного ко 113035, Мо в ательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагар 10 оизводственно счета, математической и физической интерпретации происходящих процессов размер области в 1 /4 часть оказался таким же необходимым, как и 1/4 часть длины волны в физике,Таким образом, создание приведенного выше физического образа дает возможность показа понятия ансамбля и 10 воэможность демонстрации эргодической гипотезы, поскольку при временной эволюции, когда каждая частица "помнит свое предыдущее положение, система проходит через ряд состояний, 15 по существу перебирает состояния ,ансамбля и поэтому рано или поздно достигает состояния, сколь угодно близкого к любому другому состоянию, совместимому с законом 20 сохранения. энергии,Что касается устройства, реализующего предлагаемый способ демонстрации эргодической гипотезы в физике, то оно является набором готовых, отдельно изготовляемых промышленностью блоков, которые при выполнении указанной схемы воспроизводят демонстрацию. Предлагаемая демонстрация повышаетдидактическое восприятие и закрепле(ние подаваемого материала.Формула изобретенияСпособ демонстрации статистических закономерностей в физике путемвыделения частиц Броунского движе"ния в прямоугольной области с перегородкой по месту положения на телевизионном экране, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью демонст"рации эргодической гипотезы в физике,дополнительно задают интервал времени,цвижения частиц и количество изображений частиц в прямоугольной области,затем в одной из выделенной перегороцкой прямоугольной области считывают количество частиц за каждый интервал времени с последующим их усреднением по количеству изображений,после чего осуществляют мгновенноевведение частиц в прямоугольнуюобласть с указанным количеством изображены, считывают количество частицв той же выделенной области с последующим усреднением по количеству изображений, сравнивают усредненные значения количества частиц и при их совпадении определяют соответствие эргодической гипотезе,