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高尔顿板演示布朗运动浓度分布规律

已有 2535 次阅读 2022-5-20 19:12 |个人分类:随机过程|系统分类:科研笔记

布朗运动可看作是随机游走(Random Walk)的极限过程。早在 1873 年,英国生物统计学家高尔顿(Galton)就专门设计了一个演示随机游走或布朗运动的实验装置(图1),俗称高尔顿板。

图 高尔顿2.png

图1 高尔顿板

高尔顿板上的每一个圆点表示钉在板上的一颗钉子,它们彼此的距离均相等,上一层的每一颗钉子的水平位置恰好位于下一层的两颗钉子正中间。

从入口处放进一个直径略小于两颗钉子之间的距离的小圆玻璃球,当小球向下降落过程中,碰到钉子后随机地向左或向右滚下,于是又碰到下一层钉子。如此继续下去,直到滚到底板的一个格子内为止。

每个格子内的小球数量就代表该格子所在位置的浓度(粒子数/单位体积)

从入口处不断放下小球,只要小球的数量足够多,格子内的小球将堆积成与正态分布曲线相似的钟形曲线。

图2为高尔顿板在线演示软件界面。点击图2在线演示软件界面,设定高尔顿板的钉子层数(随机游走步数)后,即可观看布朗运动试验过程及最终的浓度分布情况。

图 高尔顿500.png

图2 高尔顿板在线演示软件界面





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