独家 | ISEF 物理获奖论文解析,这种模型你想到了吗

每周的 ISEF 获奖论文解析来了!今天小助手邀请有方导师点评 2017年获奖课题,这篇论文的获奖学生是来自中国的团队,学科:Physics and Astronomy

 ISEF 获奖课题信息 

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 摘要或概述 Abstract / Summary 

When paraffin is placed on a heat source, a wisp of smoke forms. The project aims to discover some characteristics of this smoke and quantitatively explain them. First of all, the morphology of the airflow can be visualized by the smoke. Experiments show that the airflow generates four different shapes under different heat source temperatures; At a certain height, turbulence and horizontal circulations form. To quantitatively explain why the airflow takes on such morphology, this study derives the partial differential equations of the movement of air. Computer numerical solutions of the equations are consistent with experimental results. Therefore, the observed morphology of airflow is quantitatively explained.

In addition, experiments show that smoke particles often form stable dense-and-sparse stripes in the rising airflow. The distances between adjacent stripes are about 10^-3 meters. To explain the formation of stripes, this study takes the particle groups formed by a massive number of particles as basic units of investigation. By making use of mathematical statistics, the fluid-dynamic interactions between individual particles are transferred into equivalent additional pressures between particle groups, and equations for the movement of particle groups are derived. Computer numerical solutions of the equations show that particles do form stripes. The distances between adjacent stripes are about 10^-3 meters. Therefore, the project quantitatively explained the formation of stripes. Moreover, it provided an effective model for studying densely-populated particles in fluids and a possible explanation for the stripes observed in satellite cloud images. It also offered some insights into self-organization phenomena.

 关键词 

paraffin;smoke forms;airflow;stripes;self-organization phenomena

 有方独家点评 

该课题基于石蜡受热后的成烟现象,通过物理实验和计算机所推导出的空气运动的偏微分方程,定量地解释了石蜡烟雾气流形态。并将粒子组作为基本单位,利用数值计算的方法统计分析出粒子组的运动方程,定量地解释了烟雾颗粒在上升气流中形成的稀疏条纹。该课题为流体的稠密颗粒研究提供了有效的模型,并为在卫星云图中观察到的条纹提供了可能的解释。此外,该课题还为自组织现象提供了一些相关的见解。

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  本期文章福利  

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  2014 ISEF 获奖论文  

( Physics and Astronomy  )

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有方 ISEF 获奖概况

  • MA Regional Fair三等奖(晋级State)

  • MA Regional Fair二等奖(晋级State)

  • MI Regional Fair 一等奖(直接晋级ISEF总决赛)

  • MI Regional Fair 三等奖(晋级State)

  • State Fair Top6(晋级ISEF总决赛)

  • 电气与电子工程师协会 (IEEE) 专项奖

  • 美国统计学会 (American Statistics Association) 专项奖

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有方2020 ISEF 指导方案

适合学生

  • 有志于申请美国 Top30 大学和其他国家顶尖大学的9–12年级学生;

  • 对科研感兴趣,愿意投入时间做学术研究的学生;

  • 我们会提供学术知识培训帮助学生在自己感兴趣的领域中继续深入。

研究成果

  • 保证未晋级学生的科研论文在英文期刊中发表,并以学生为第一作者。(如果学生组队参加,需要学生自行确定作者顺序)

  • 保证全部完成课程和论文写作的学生能够获得带教导师的推荐信。

  • 为学生提供最有机会获奖的指导方案,但是由于ISEF晋级比例很低,获奖难度极高的特点,学生依然存在不能晋级的可能

▍项目流程

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 往期学生课题案例

1

课题名称

通过研究鞭毛结构来治疗人类相关疾病

2

导师介绍

导师:加州大学洛杉矶分校 ( UCLA )

  • 博士就读于UCLA分子生物学专业。

  • 本科期间获得全额奖学金资助参加多次国际学术交流项目。

  • 参与大学生创新实验项目获得国家级,大学生挑战杯项目国家级等多项科研项目;

  • 目前已经在Nature communication等顶级杂志上发表多篇学术论文,有着丰富的海外留学经验以及科研经验;

  • 被UCLA选中担任experienced TA和TA的instructor来指导其他的研究生如何进行本科生和研究生的教学,有着丰富的教学和指导经验

3

教学大纲

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4

详细课程反馈

在教学过程中,每节课都有详细的课堂以及作业反馈。还有助教老师全程监督与辅导,使学习高效,学到更多知识。

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