Python 动态模拟二维天体运行 (2020年9月24日)

制作背景

大二刚刚开学不久，在一天星期一的下午，寝室里做的，这个模拟二维天体运动的程序之前一直都有尝试，但是由于公式计算不正确的原因一直没有成功过，这次才终于成功。

此程序的灵感来源于一个网站上的平面宇宙沙盒游戏，之前在看b站有关三体运动的视频的时候发现的。

之前想通过PIL库，把天梯的运行轨迹静态的刻画在一张矢量图片上，但是通过Python计算机二级考试的内容让我了解到了还有叫turtle，即“海龟绘图”这个内置库，可以动态的在屏幕上回值直线和曲线，于是这次我便使用了这种方式来展现出来。

效果截图

天体运动1

天体运动2

天体运动3

源代码

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# -*- encoding: utf-8 -*-
"""
天体运行 二维平面模拟
2020年9月24日
by littlefean
"""
import turtle
from random import randint


def main():
    # 普朗克时间（最小时间分度）
    dt = 1
    Earth = Planet("earth")
    Sun = Planet("sun")
    turtle.goto(Sun.loc)
    turtle.pendown()
    for i in range(10):
        turtle.goto(Sun.loc[0] + randint(1, 5), Sun.loc[1] + randint(1, 5))
    Earth.loc = (150, 0)

    turtle.penup()
    turtle.goto(Earth.loc)
    turtle.pendown()

    Earth.v = (0, 0.5)  # up
    Earth.m = 4

    Sun.m = 5

    while True:
        # 更新地球的合外力
        Earth.force = ((
            f(Earth, Sun) * ((Sun.loc[0] - Earth.loc[0]) / r(Earth.loc, Sun.loc)),
            f(Earth, Sun) * ((Sun.loc[1] - Earth.loc[1]) / r(Earth.loc, Sun.loc))
        ))

        # 更新地球的加速度
        Earth.a = ((
            Earth.force[0] / Earth.m,
            Earth.force[1] / Earth.m
        ))
        # 更新地球的速度
        Earth.v = ((
            Earth.v[0] + Earth.a[0] * dt,
            Earth.v[1] + Earth.a[1] * dt,
        ))
        # 更新地球的位置
        Earth.loc = ((
            Earth.loc[0] + Earth.v[0] * dt,
            Earth.loc[1] + Earth.v[1] * dt
        ))
        turtle.goto(Earth.loc[0], Earth.loc[1])
    # return


class Planet:
    """
    星球类
    默认位置，速度矢量，加速度矢量，均为 (0, 0)
    """

    def __init__(self, name):
        self.name = name
        self.loc = (0, 0)
        self.v = (0, 0)
        self.a = (0, 0)
        self.m = 5e10  # 默认为地球的质量
        self.force = (0, 0)  # 这里是合外力

    def __str__(self):
        return f"x:{self.loc[0]},y:{self.loc[1]}"

    __repr__ = __str__


def r(locationA, locationB):
    """
    计算两点之间的位置
    :param locationA: A点的位置
    :param locationB: B点的位置
    :return: AB之间的距离
    """
    x1, y1 = locationA
    x2, y2 = locationB
    distance = ((x1 - x2) ** 2 + (y1 - y2) ** 2) ** 0.5
    return distance


def f(planetA, planetB):
    """
    计算AB星球之间的万有引力，返回力的数值
    :param planetA:
    :param planetB:
    :return:
    """
    G = 9.8
    force = G * planetA.m * planetB.m / r(planetA.loc, planetB.loc) ** 2
    return force


if __name__ == '__main__':
    main()

反思

还需要增强面向对象的意识，关于力的函数f，使用的是一个函数，返回力的大小，然后再将其转化成一个数组。不如加一个class叫vector，
直接写一个函数getForce返回一个vector。