Проект «Кино в науке: эксперименты с видеоконтентом колебаний струны»

В 2026 году в рамках творческого проекта «Кино в науке» студентом Д. И. Соболевым под руководством доцента Б. М. Штейна и доцента А. Г. Трошина была написана и защищена выпускная квалификационная работа по исследованию колебаний струны кинематографическим методом.

Стоячие и бегущие волны в колеблющейся струне представляет собой фундаментальное физическое явление, которое изучается в формализме математической физики.  

В работе студентом применена гибридная математическая модель, сочетающая в себе подходы Фурье и д'Аламбера к решению волнового уравнения при различных граничных и начальных условиях.   

В работе было проведено компьютерное моделирование и визуализация распространения начального импульса в струне с использованием компьютерной анимации. Также проведён расчёт скорости распространения импульса в струне и изучен спектральный состав колебаний.

Для проверки адекватности модели был проведён натурный эксперимент. Особенностью данной работы является использование кинематографического метода измерений и обработки эмпирических данных. Для большей наглядности и контроля параметров эксперимента вместо обычной струны применялась полипропиленовая верёвка. Была проведена скоростная съёмка колебаний верёвки и распространения в ней начального импульса в режиме SlowMo с частотой 240 кадров в секунду.

 Для оцифровки видео были применены технологии машинного зрения. С помощью современного программного обеспечения видеоданные были преобразованы в массив данных, которые можно обрабатывать и сравнивать с результатами физического и математического моделирования.

 Эксперимент показал корреляцию теоретической модели с натурным экспериментом и продемонстрировал методологический принцип дополнительности в музыкальной акустике.