Опыт Штерна — опыт, впервые проведённый немецким физиком Отто Штерном в 1920 году. Опыт явился одним из первых практических доказательств состоятельности молекулярно-кинетической теории строения вещества. В нём были непосредственно измерены скорости теплового движения молекул и подтверждено наличие распределения молекул газов по скоростям.
Для проведения опыта Штерном был подготовлен прибор, состоящий из двух цилиндров разного радиуса, ось которых совпадала и на ней располагалась платиновая проволока с нанесённым слоем серебра. В пространстве внутри цилиндров посредством непрерывной откачки воздуха поддерживалось достаточно низкое давление. При пропускании электрического тока через проволоку достигалась температура плавления серебра, из-за чего атомы начинали испаряться и летели к внутренней поверхности малого цилиндра равномерно и прямолинейно со скоростью v, соответствующей подаваемому на концы нити напряжению. Во внутреннем цилиндре была проделана узкая щель, через которую атомы могли беспрепятственно пролетать далее. Стенки цилиндров специально охлаждались, что оседанию» попадающих на них атомов. В таком состоянии на внутренней поверхности большого цилиндра образовывалась достаточно чёткая узкая полоса серебряного налёта, расположенная прямо напротив щёли малого цилиндра. Затем всю систему начинали вращать с некой достаточно большой угловой скоростью ω. При этом полоса налёта смещалась в сторону, противоположенную направлению вращения, и теряла чёткость. Измерив смещение s наиболее тёмной части полосы от её положения, когда система покоилась, Штерн определил время полёта, через которое нашёл скорость движения молекул:
,
где s — смещение полосы, l — расстояние между цилиндрами, а u — скорость движения точек внешнего цилиндра.
Найденная таким образом скорость движения атомов серебра совпала со скоростью, рассчитанной по законам молекулярно-кинетической теории, а тот факт, что получившаяся полоска была размытой, свидетельствовал в пользу того, что скорости атомов различны и распределены по некоторому закону — закону распределения Максвелла: атомы, двигавшиеся быстрее, смещались относительно полосы, полученной в состоянии покоя, на меньшие расстояния, чем те, которые двигались медленнее
Введем систему координат так, чтобы плоскость P являлась плоскостью Oxy. Скорость частицы тогда представима в виде
т.е в виде суммы проекции на плоскость и на перпендикуляр плоскости. Сила, же, действующая на частицу, всегда перпендикулярна 
, но так как она перпендикулярна и скорости частицы, мы делаем вывод, что
Значит z-проекция скорости не меняется и частица смещается с постоянной скоростью вдоль перпендикуляра к плоскости. Также мы видим, что сила все время перпендикулярна компоненте скорости 
, значит она не меняет и ее величины (v cos α), а меняет только направление в плоскости. Отсюда глобальный вывод: модуль скорости частицы постоянен, значит постоянен и модуль силы, действующий на нее.
Без ограничения общности можно считать, что векторы , 
и образуют правую тройку. Тогда
Отметим что множитель F/(mv_0 cos α) постоянен в любом варианте задачи, обозначим его как ω. Продифференцируем первую строчку
Аналогично
Это все уравнения колебаний. Без ограничения общности можно считать, что начальная скорость частицы направлена вдоль оси Ox, тогда
Тогда после однократного интегрирования получим
Мы вольны выбирать какие хотим постоянные интегрирования, поскольку пока выбор положения начала координат в плоскости Oxy можно скорректировать. Удобнее всего вид, приведенный выше, в этом случае видно, что точка в плоскости движется по окружности с периодом
и радиусом
Значит траектория частицы в пространстве это спираль с радиусом R и шагом
В первом случае радиус и шаг спирали прямо пропорциональны начальной скорости, во втором - обратно пропорциональны
