利用python求解物理学中的双弹簧质能系统详解
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
利用python求解物理学中的双弹簧质能系统详解的更多相关文章
- python装饰器中functools.wraps的作用详解
直接上代码看效果: # 定义一个最简单的装饰器 def user_login_data(f): def wrapper(*args, **kwargs): return f(*args, **kwar ...
- Java中的IO流系统详解(转载)
摘要: Java 流在处理上分为字符流和字节流.字符流处理的单元为 2 个字节的 Unicode 字符,分别操作字符.字符数组或字符串,而字节流处理单元为 1 个字节,操作字节和字节数组. Java ...
- Java中的IO流系统详解
Java 流在处理上分为字符流和字节流.字符流处理的单元为 2 个字节的 Unicode 字符,分别操作字符.字符数组或字符串,而字节流处理单元为 1 个字节,操作字节和字节数组. Java 内用 U ...
- python中argparse模块用法实例详解
python中argparse模块用法实例详解 这篇文章主要介绍了python中argparse模块用法,以实例形式较为详细的分析了argparse模块解析命令行参数的使用技巧,需要的朋友可以参考下 ...
- **Python中的深拷贝和浅拷贝详解
Python中的深拷贝和浅拷贝详解 这篇文章主要介绍了Python中的深拷贝和浅拷贝详解,本文讲解了变量-对象-引用.可变对象-不可变对象.拷贝等内容. 要说清楚Python中的深浅拷贝,需要 ...
- Python中random模块生成随机数详解
Python中random模块生成随机数详解 本文给大家汇总了一下在Python中random模块中最常用的生成随机数的方法,有需要的小伙伴可以参考下 Python中的random模块用于生成随机数. ...
- python中requests库使用方法详解
目录 python中requests库使用方法详解 官方文档 什么是Requests 安装Requests库 基本的GET请求 带参数的GET请求 解析json 添加headers 基本POST请求 ...
- Python中的变量和作用域详解
Python中的变量和作用域详解 python中的作用域分4种情况: L:local,局部作用域,即函数中定义的变量: E:enclosing,嵌套的父级函数的局部作用域,即包含此函数的上级函数的局部 ...
- Python中%r和%s的详解及区别_python_脚本之家
Python中%r和%s的详解及区别_python_脚本之家 https://www.jb51.net/article/108589.htm
随机推荐
- 微信支付报调用支付JSAPI缺少参数: sign
检查后台返回参数中没有paySign字段
- BZOJ2956: 模积和——整除分块
题意 求 $\sum_{i=1}^n \sum_{j=1}^m (n \ mod \ i)*(m \ mod \ j)$($i \neq j$),$n,m \leq 10^9$答案对 $1994041 ...
- Codeforces Round #597 (Div. 2) C. Constanze's Machine
链接: https://codeforces.com/contest/1245/problem/C 题意: Constanze is the smartest girl in her village ...
- Inellij idea创建javaWeb以及Servlet简单实现
版权声明:本文为博主原创文章,未经博主允许不得转载. 准备:1. 安装jdk1.7 2. 安装tomcat1.8 一.创建并设置javaweb工程 1.创建javaweb工程File --> N ...
- HTML 009 CSS
HTML 样式- CSS CSS (Cascading Style Sheets) 用于渲染HTML元素标签的样式. Look! Styles and colors Manipulate Te ...
- vue 组件的通信方式(完整版)
几种通信方式无外乎以下几种: Prop(常用) $emit (组件封装用的较多) .sync语法糖 (较少) $attrs & $listeners (组件封装用的较多) provide &a ...
- 后缀数组 TYVJ P1860 后缀数组
/*P1860 后缀数组时间: 1000ms / 空间: 131072KiB / Java类名: Main描述 我们定义一个字符串的后缀suffix(i)表示从s[i]到s[length(s)]这段子 ...
- 代码 | 自适应大邻域搜索系列之(6) - 判断接受准则SimulatedAnnealing的代码解析
前言 前面三篇文章对大家来说应该很简单吧?不过轻松了这么久,今天再来看点刺激的.关于判断接受准则的代码.其实,判断接受准则有很多种,效果也因代码而异.今天介绍的是模拟退火的判断接受准则.那么,相关的原 ...
- Django系列(四):多表操作
1.创建模型 例:我们来假定下面这些概念,字段和关系 作者模型:一个作者有姓名和年龄. 作者详细模型:把作者的详情放到详情表,包含生日,手机号,家庭住址等信息.作者详情模型和作者模型之间是一对一(on ...
- 【概率论】5-4:泊松分布(The Poisson Distribution)
title: [概率论]5-4:泊松分布(The Poisson Distribution) categories: - Mathematic - Probability keywords: - Po ...