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※ 引述《gaviniscool (spectator)》之銘言: : 最近打算用PYTHON玩玩看科學模擬 : 發現對岸好像有出電子書可以免費下載 : "用PYTHON做科學計算" : http://hyry.dip.jp:8000/pydoc/index.html : 最近好像有改成實體書出版 : 給有需要的朋友參考 參考書中的說明 以下是重力場三體問題的一個簡單模擬 :) # -*- coding: utf-8 -*- import numpy as np import scipy as sp import matplotlib as mpl import matplotlib.pyplot as plt # 為了求ODE數值解 from scipy.integrate import odeint G = 4 pi = sp.pi def vector(P1, P2): x1, y1 = P1 x2, y2 = P2 return x2-x1, y2-y1 def norm(dx, dy): return (dx**2+dy**2)**0.5 def GravityField(m1, P1, P2): vx, vy = vector(P1, P2) r = norm(vx, vy) return -1*G*m1*vx*(1.0)/r**3, -1*G*m1*vy*(1.0)/r**3 def polarCoordinate(r, theta): return r*sp.cos(2*pi*theta/360.0), r*sp.sin(2*pi*theta/360.0) def circleOrbitSpeed(M, r): return (G*M*1.0/r)**0.5 def tangentVector(v, theta): return -1*v*sp.sin(2*pi*theta/360.0), v*sp.cos(2*pi*theta/360.0) def K_Energy(m, vx, vy): return 0.5*m*(vx**2+vy**2) def U_Energy(m1, m2, r): return -1*G*m1*m2/r def ode(P, t, Ps, ms, m1, m2): # given position vector, and parameter # calculate dx/dt, dy/dt, dz/dt x1, y1, vx1, vy1, x2, y2, vx2, vy2 = P # 太陽是固定的 P1 = (x1, y1) P2 = (x2, y2) gs1x, gs1y = GravityField(ms, Ps, P1) gs2x, gs2y = GravityField(ms, Ps, P2) g12x, g12y = GravityField(m1, P1, P2) g21x, g21y = GravityField(m2, P2, P1) # formula return np.array( [vx1, vy1, gs1x + g12x, gs1y + g12y, vx2, vy2, gs2x + g21x, gs2y + g21y] ) t = np.arange(0, 30, 0.01) # time # solve ode vector eq # 太陽座標 sx, sy = 0, 0 M = 10000 m1, m2 = 200, 100 r1, theta1 = 3.5, 220 r2, theta2 = 6, 135 x1, y1 = polarCoordinate(r1, theta1) x2, y2 = polarCoordinate(r2, theta2) # 圓形軌道速度 v1 = circleOrbitSpeed(M, r1) v2 = circleOrbitSpeed(M, r2) vx1, vy1 = tangentVector(v1, theta1) vx2, vy2 = tangentVector(v2, theta2) # 逃逸速度 C = 2^0.5 = 1.4142135623730951 C1 = 1.0 C2 = 1.3 track = odeint(ode, ( x1, y1, C1*vx1, C1*vy1, x2, y2, C2*vx2, C2*vy2 ), t, args = ((sx, sy), M, m1, m2)) K1 = K_Energy(m1, track[:,2], track[:,3]) K2 = K_Energy(m2, track[:,6], track[:,7]) Rs1 = norm(track[:,0], track[:,1]) Rs2 = norm(track[:,4], track[:,5]) R12 = norm(track[:,0]-track[:,4], track[:,1]-track[:,5]) U12 = U_Energy(m1, m2, R12) U1 = U_Energy(M, m1, Rs1) + U12 U2 = U_Energy(M, m2, Rs2) + U12 # 運行軌跡 plt.figure() plt.plot(track[:,0], track[:,1], label='m1 = %s' %m1) plt.plot(track[:,4], track[:,5], label='m2 = %s' %m2) plt.plot(sx, sy, 'ko') plt.title("sun mass M: %s" %M) plt.xlabel('phase x') plt.ylabel('phase y') plt.legend() # 動能與位能 plt.figure() plt.plot(t, K1, label='K1') plt.plot(t, K2, label='K2') plt.plot(t, U1, label='U1') plt.plot(t, U2, label='U2') plt.legend() # 能量守恆 plt.figure() E1 = K1 + U1 E2 = K2 + U2 E = E1 + E2 plt.plot(t, E1, label='E1') plt.plot(t, E2, label='E2') plt.plot(t, E, label='E') plt.legend() plt.show() --



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