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前言
本文主要给大家介绍了关于利用python求解物理学中双弹簧质能系统的相关内容,分享出来供大家参考学习,下面话不多说了,来一起看看详细的介绍吧。
物理的模型如下:
在这个系统里有两个物体,它们的质量分别是m1和m2,被两个弹簧连接在一起,伸缩系统为k1和k2,左端固定。假定没有外力时,两个弹簧的长度为L1和L2。
由于两物体有重力,那么在平面上形成摩擦力,那么摩擦系数分别为b1和b2。所以可以把微分方程写成这样:
这是一个二阶的微分方程,为了使用python来求解,需要把它转换为一阶微分方程。所以引入下面两个变量:
这两个相当于运动的速度。通过运算可以改为这样:
这时可以线性方程改为向量数组的方式,就可以使用python定义了
代码如下:
# Use ODEINT to solve the differential equations defined by the vector field from scipy.integrate import odeint def vectorfield(w, t, p): """ Defines the differential equations for the coupled spring-mass system. Arguments: w : vector of the state variables: w = [x1,y1,x2,y2] t : time p : vector of the parameters: p = [m1,m2,k1,k2,L1,L2,b1,b2] """ x1, y1, x2, y2 = w m1, m2, k1, k2, L1, L2, b1, b2 = p # Create f = (x1',y1',x2',y2'): f = [y1, (-b1 * y1 - k1 * (x1 - L1) + k2 * (x2 - x1 - L2)) / m1, y2, (-b2 * y2 - k2 * (x2 - x1 - L2)) / m2] return f # Parameter values # Masses: m1 = 1.0 m2 = 1.5 # Spring constants k1 = 8.0 k2 = 40.0 # Natural lengths L1 = 0.5 L2 = 1.0 # Friction coefficients b1 = 0.8 b2 = 0.5 # Initial conditions # x1 and x2 are the initial displacements; y1 and y2 are the initial velocities x1 = 0.5 y1 = 0.0 x2 = 2.25 y2 = 0.0 # ODE solver parameters abserr = 1.0e-8 relerr = 1.0e-6 stoptime = 10.0 numpoints = 250 # Create the time samples for the output of the ODE solver. # I use a large number of points, only because I want to make # a plot of the solution that looks nice. t = [stoptime * float(i) / (numpoints - 1) for i in range(numpoints)] # Pack up the parameters and initial conditions: p = [m1, m2, k1, k2, L1, L2, b1, b2] w0 = [x1, y1, x2, y2] # Call the ODE solver. wsol = odeint(vectorfield, w0, t, args=(p,), atol=abserr, rtol=relerr) with open('two_springs.dat', 'w') as f: # Print & save the solution. for t1, w1 in zip(t, wsol): out = '{0} {1} {2} {3} {4}\n'.format(t1, w1[0], w1[1], w1[2], w1[3]); print(out) f.write(out);
在这里把结果输出到文件two_springs.dat,接着写一个程序来把数据显示成图片,就可以发表论文了,代码如下:
# Plot the solution that was generated from numpy import loadtxt from pylab import figure, plot, xlabel, grid, hold, legend, title, savefig from matplotlib.font_manager import FontProperties t, x1, xy, x2, y2 = loadtxt('two_springs.dat', unpack=True) figure(1, figsize=(6, 4.5)) xlabel('t') grid(True) lw = 1 plot(t, x1, 'b', linewidth=lw) plot(t, x2, 'g', linewidth=lw) legend((r'$x_1$', r'$x_2$'), prop=FontProperties(size=16)) title('Mass Displacements for the\nCoupled Spring-Mass System') savefig('two_springs.png', dpi=100)
最后来查看一下输出的png图片如下:
总结
以上就是这篇文章的全部内容了,希望本文的内容对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,如果有疑问大家可以留言交流,谢谢大家对的支持。
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稳了!魔兽国服回归的3条重磅消息!官宣时间再确认!
昨天有一位朋友在大神群里分享,自己亚服账号被封号之后居然弹出了国服的封号信息对话框。
这里面让他访问的是一个国服的战网网址,com.cn和后面的zh都非常明白地表明这就是国服战网。
而他在复制这个网址并且进行登录之后,确实是网易的网址,也就是我们熟悉的停服之后国服发布的暴雪游戏产品运营到期开放退款的说明。这是一件比较奇怪的事情,因为以前都没有出现这样的情况,现在突然提示跳转到国服战网的网址,是不是说明了简体中文客户端已经开始进行更新了呢?
更新日志
2024年11月26日
2024年11月26日
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