Информатика: Движение тела в среде — различия между версиями

  1 #include <iostream>
  2 #include <math.h>
  3 #include "Vector.h"
  4 #include <cstring>
  5 #include <cmath>
  6 #include <malloc.h>
  7 #include <fstream>
  8 
  9 using namespace std;
 10 
 11 int n = 100;
 12 ofstream outfile;
 13 
 14 class Ball                                          //класс бросаемого тела
 15 {
 16     private:
 17         double angle,m,k;                           //угол броска,масса,коэффицент сопротивления воздуха
 18         Vector3D r,v,a;                             //радиус-вектор,вектор скорости,ускорения
 19     public:
 20 
 21         //задание начальных параметров через угол,начальное положение,скорость и ускорение,с которым движется тело. Без сопротивления воздуха
 22         Ball(double _angle, Vector3D _r, Vector3D _v, Vector3D _a)
 23         {
 24             angle = _angle;
 25             r     = _r;
 26             v     = _v;
 27             a     = _a;
 28         }
 29 
 30          //задание начальных параметров через угол,начальное положение,скорость и ускорение,с которым движется тело. Без сопротивления воздуха
 31         Ball(double _angle, double _m, double _k, Vector3D _r, Vector3D _v, Vector3D _a)
 32         {
 33             angle = _angle;
 34             r     = _r;
 35             v     = _v;
 36             a     = _a;
 37             m     = _m;
 38             k     = _k;
 39         }
 40 
 41         //точная формула зависимости координаты от времени
 42         Vector3D positionReal(double t)
 43         {
 44             double c1 = m/k,c2 = fabs(a.y)*c1, c3 = exp(-t/c1), c4 = c2*t;
 45             return MakeVector(v.x*c1*(1 - c3), c1*(v.y + c2)*(1 - c3) - c4 , 0 );
 46         }
 47 
 48         //вывод положения на экран
 49         void writePosToScreen()
 50         {
 51             cout << r.x << "   " << r.y << "   " << r.z << endl;
 52         }
 53 
 54         //вывод положения в файл
 55         void writePosToFile(char s[])
 56         {
 57             outfile.open(s,ios :: app);
 58             outfile << r.x << "           " << r.y << endl;
 59             outfile.close();
 60         }
 61 
 62         //вывод произвольного вектора на экран
 63         void WVTS(Vector3D v)
 64         {
 65             cout.width(15);
 66             cout << v.x;
 67             cout.width(15);
 68             cout << v.y;
 69             cout.width(15);
 70             cout << v.z << endl;
 71         }
 72 
 73         //вывод произвольного вектора в файл
 74         void WVTF(Vector3D v,char s[])
 75         {
 76             outfile.open(s,ios :: app);
 77             outfile << v.x << "           " << v.y << endl;
 78             outfile.close();
 79         }
 80 
 81         //"пересчет" координаты по Верле(Линейная зависмость)
 82         void changeR(Vector3D r1, double dt)
 83         {
 84             r = MakeVector(2 * r.x -  r1.x - k/m*v.x*dt*dt,2*r.y - r1.y - (abs(a.y) + k/m*v.y)*dt*dt, 0 );
 85         }
 86 
 87         //"пересчет" координаты по Верле(Квадратичная зависимость)
 88         void changeRSQ(Vector3D r1, double dt)
 89         {
 90             r = MakeVector(2 * r.x -  r1.x - k/m*Length(v)*v.x*dt*dt,2*r.y - r1.y - (abs(a.y) + k/m*Length(v)*v.y)*dt*dt, 0 );
 91         }
 92         //пересчет скорости по Верле
 93         void changeV(Vector3D r1,double dt)
 94         {
 95             v =VS((VmV(r,r1)),1/(2*dt));
 96         }
 97 
 98         //рассчет предыдущегт к 0ому элементу
 99         Vector3D MR1(double dt)
100         {
101             return MakeVector(r.x - v.x * dt,r.y - v.y * dt,0);
102         }
103 
104         //возращает координату тела
105         Vector3D getR()
106         {
107             return r;
108         }
109 
110         //рассчет времени полета
111         double TimeOfFly()
112         {
113             return (2*Length(v)*sin(angle)/Length(a));
114         }
115 
116         //рассчет координаты по точной формуле. без сопротивления возлуха.
117         Vector3D position(double t)
118         {
119             return (VpV(VpV(r,VS(v,t)),VS(a,t*t/2)));
120         }
121 
122 };
123 
124 int main()
125 {
126     //задание начальных параметров
127     Vector3D g = {0,-9.8,0};
128     double a,dt = 0;
129     char s[20];
130 
131 //    cin >> dt;
132 
133     dt = 0.1;
134     a = (M_PI * 30)/180;
135     Ball b1(a, MakeVector(0,0,0),MakeVector(30,a),g);
136 
137     double tof = b1.TimeOfFly()+1;   //единичка прибавлена,чтобы график красивым был
138 
139     //Без сопростивления возлуха
140     strcpy(s,"");
141     strcat(s, "o1.txt");
142     outfile.open(s, ios :: trunc);
143     outfile.close();
144     for (double i = 0; i <= tof; i += dt)
145     {
146         b1.WVTS(b1.position(i));
147         b1.WVTF(b1.position(i), s);
148     }
149 
150 
151     //Верле(Линейная зависимость)
152     dt = 0.1;
153     a = (M_PI * 30)/180;
154     Ball b2(a,10 , 1, MakeVector(0,0,0),MakeVector(30,a),g);
155 
156     strcpy(s,"");
157     strcat(s, "o2.txt");
158     outfile.open(s,ios :: trunc);
159     outfile.close();
160     Vector3D r1 = b2.MR1(dt),rp;
161     for (double i = 0; i <= 20; i += dt)
162     {
163         rp = b2.getR();
164         b2.writePosToFile(s);
165         b2.writePosToScreen();
166         b2.changeR(r1,dt);
167         b2.changeV(r1,dt);
168         r1.x = rp.x;
169         r1.y = rp.y;
170     }
171 
172     //Точное решение (Линейная зависимость)
173     dt = 0.1;
174     a = (M_PI * 30)/180;
175     Ball b3(a,10 , 1, MakeVector(0,0,0),MakeVector(30,a),g);
176 
177     strcpy(s,"");
178     strcat(s, "o3.txt");
179     outfile.open(s, ios :: trunc);
180     outfile.close();
181     for (double i = 0; i <= 20; i += dt)
182     {
183         b2.WVTS(b3.positionReal(i));
184         b2.WVTF(b3.positionReal(i), s);
185     }
186 
187 
188     //Верле (Квадратичная зависимость)
189     dt = 0.1;
190     a = (M_PI * 30)/180;
191     Ball b4(a,10 , 1, MakeVector(0,0,0),MakeVector(30,a),g);
192 
193     strcpy(s,"");
194     strcat(s, "o4.txt");
195     outfile.open(s, ios :: trunc);
196     outfile.close();
197     r1 = b4.MR1(dt);
198     for (double i = 0; i <= 20; i += dt)
199     {
200         rp = b4.getR();
201         b4.writePosToFile(s);
202         b4.writePosToScreen();
203         b4.changeRSQ(r1,dt);
204         b4.changeV(r1,dt);
205         r1.x = rp.x;
206         r1.y = rp.y;
207     }
208 
209     return 0;
210 }