1kg 重的弹性小球高空坠落,已知初始高度为100m,初速度为0m/s,重力加速度为10m/s,风阻系数为=0.1,且小球碰撞地面后以原速反弹(完全弹性碰撞)。利用python 求解出小球在总时间20s 内,高度随时间变化的轨迹。
可以通过数值积分的方式来求解小球的轨迹。具体步骤如下:
初始化变量,包括初始高度、初始速度、重力加速度、时间间隔、总时间等。
根据时间间隔和总时间计算步数。
使用欧拉法或龙格库塔法进行数值积分,求解小球的位置和速度随时间的变化。
在迭代过程中将小球的速度和位置协同更新,根据完全弹性碰撞的特性进行碰撞处理。
将每次迭代得到的小球位置保存到一个列表中,最后绘制高度随时间的变化曲线。
以下是一个示例代码:
import matplotlib.pyplot as plt
# 初始化变量
h = 1100.0 # 初始高度
v = 0.0 # 初始速度
g = 10.0 # 重力加速度
k = 0.1 # 风阻系数
dt = 0.01 # 时间间隔
t_total = 20.0 # 总时间
n_steps = int(t_total / dt) + 1 # 步数
h_list = [h] # 存放高度的列表
t_list = [0.0] # 存放时间的列表
# 数值积分
for i in range(n_steps):
t = (i + 1) * dt
a = -g - k * v # 计算加速度
v += a * dt # 根据加速度求解速度
h += v * dt # 根据速度求解位移
if h < 0.0: # 处理完全弹性碰撞
h = -h
v = -v
h_list.append(h)
t_list.append(t)
# 绘制高度随时间的变化曲线
plt.plot(t_list, h_list)
plt.xlabel('Time (s)')
plt.ylabel('Height (m)')
plt.show()
运行代码后会得到一个高度随时间的变化曲线图。需要注意的是,由于本问题涉及高空坠落,计算结果可能与实际物理情况存在一定的误差。
回答不易,望采纳!!!
小魔女参考了bing和GPT部分内容调写:
使用Python描述小球的运动轨迹,首先需要定义小球的参数,包括初始高度、初始速度、重力加速度、风阻系数等,然后根据物理学的运动方程,利用Python语言编写程序,求出小球在总时间20s内,高度随时间变化的轨迹。
# 定义小球的参数
h = 100 # 初始高度
v = 0 # 初始速度
g = 10 # 重力加速度
k = 0.1 # 风阻系数
# 定义小球的运动方程
def ball_trajectory(h, v, g, k):
t = 0 # 初始时间
while t <= 20:
h = h + v * t - 0.5 * g * t * t - k * v * t
v = v - g * t - k * v
t = t + 1
print("t = %d, h = %.2f, v = %.2f" % (t, h, v))
# 计算小球的运动轨迹
ball_trajectory(h, v, g, k)
回答不易,记得采纳呀。