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兩個體系統的PythonEuler積分方法不產生正確的繪圖

2022-03-12 20:20:50 作業系統

我一直在嘗試解決兩體問題,將來應該將其用于更多行星,但它不起作用,我應該得到的情節是圓形的,但我收到了兩體的直線系統。有誰知道我該如何解決這個問題并獲得正確的情節?

這是我使用的代碼:

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

aEarth = 1 #semi-major axis (AU)
eEarth = 0.0167 #eccentricity (no units)

aMercury = 0.387098 #semi-major axis (AU)
eMercury = 0.205635 #eccentricity (no units)
    
Msun = 1 #Mass of Sun (Solar Mass)
Mearth = 3.0024584*10**(-6) #Mass of Earth (Solar Mass)
Mmercury = 1.65956463*10**(-7) #Mass of Mercury (Solar Mass)
Mes = (Msun   Mearth)
Mms = (Msun   Mmercury)
G = 1 #Gravitational Constant 

apocentreEarth = (aEarth*(1   eEarth))
apocentreMercury = (aMercury*(1   eMercury))

vapocentreEarth = (np.sqrt((G*(Mearth Msun)/aEarth)*((1-eEarth)/(1 eEarth))))
vapocentreMercury = (np.sqrt((G*(Mmercury Msun)/aMercury)*(1-eMercury/1 eMercury)))

xEarth = apocentreEarth
yEarth = 0.0
zEarth = 0.0

vxEarth = 0.0
vyEarth =(vapocentreEarth)
vzEarth = 0.0

xMercury = apocentreMercury
yMercury = 0.0
zMercury = 0.0

vxMercury = 0.0
vyMercury =(vapocentreMercury)
vzMercury = 0.0

class CelBody(object):
    # Constants of nature
    def __init__(self, id, name, x0, v0, mass, color, lw):
        # Name of the body (string)
        self.id = id
        self.name = name
        # Mass of the body (solar mass)
        self.M = mass
        # Initial position of the body (au)
        self.x0 = np.asarray(x0, dtype=float)
        # Position (au). Set to initial value.
        self.x = self.x0.copy()
        # Initial velocity of the body (au/s)
        self.v0 = np.asarray(v0, dtype=float)
        # Velocity (au/s). Set to initial value.
        self.v = self.v0.copy()
        self.a = np.zeros([3], dtype=float)
        self.color = color
        self.lw = lw

# All Celestial Objects

t = 0
dt = 0.01

Bodies = [
    CelBody(0, 'Sun', [0, 0, 0], [0, 0, 0], Msun, 'yellow', 10),
    CelBody(1, 'Earth', [xEarth, yEarth, zEarth], [vxEarth, vyEarth, vzEarth], Mearth, 'blue', 3),
    CelBody(2, 'Mercury', [xMercury, yMercury, zMercury], [ vxMercury, vyMercury, vzMercury], Mmercury, 'pink', 3),
    ]

paths = [ [ b.x[:2].copy() ] for b in Bodies]

# loop over ten astronomical years
v = 0
for t in range(0,1000):
    # compute forces/accelerations
    for body in Bodies:
        body.a *= 0
        for other in Bodies:
            # no force on itself
            if (body == other): continue # jump to next loop
            rx = body.x - other.x
            r3 = (np.sqrt(rx[0]**2 rx[1]**2 rx[2]**2))**3
            body.a = -G*other.M*rx/r3

    for n, planet in enumerate(Bodies):
        # use the Forward Euler algorithm 
        planet.a = -G*other.M*rx/r3
        planet.v = planet.v   planet.a*dt
        planet.x = planet.x   planet.v*dt
        paths[n].append( planet.x[:2].copy() )
        #print("s x:Ss v:Ss"%(planet.name,planet.x, planet.v))


plt.figure(figsize=(8,8))
for n, planet in enumerate(Bodies): 
    px, py=np.array(paths[n]).T; 
    plt.plot(px, py, color=planet.color, lw=planet.lw)
plt.show()

uj5u.com熱心網友回復:

這幾行有問題:

    planet.v  = planet.v   planet.a*dt
    planet.x  = planet.x   planet.v*dt

它們相當于

    planet.v = 2*planet.v   planet.a*dt
    planet.x = 2*planet.x   planet.v*dt

這不是你想要的。

要么不使用 =,要么將這些行更改為:

    planet.v  = planet.a*dt
    planet.x  = planet.v*dt

仍然存在一個問題:第一行更改planet.v,然后第二行使用new planet.v進行更新planet.x,這不是顯式歐拉積分應該如何進行的。(代碼中有一條關于使用辛歐拉的注釋,但對此答案的注釋說您打算使用前向(即顯式)歐拉。)

對于這個系統,一個簡單的解決方法是切換陳述句:

    planet.x  = planet.v*dt
    planet.v  = planet.a*dt

可能還有其他問題。如果您需要更多幫助,請盡可能簡化代碼以創建最小的可重現示例就像現在一樣,看起來宣告了很多不相關的變數,計算歐拉方法的兩個不同的地方,你分配的兩個地方,dt當你說你正在解決兩體問題時定義的三個體,等等。


編輯更新后,還有幾個錯誤:

  • 在開始的回圈for body in Bodies:中,您在其中計算body.a每個主體,結果應該被累積,所以更新的行body.a應該是

                body.a  = -G*other.M*rx/r3
    

    (注意更改為 =)。

  • 在您應用歐拉方法步驟的第二個內部回圈 ( for n, planet in enumerate(Bodies):) 中,洗掉該行

            planet.a = -G*other.M*rx/r3
    

    您已經在上一個回圈中計算了加速度并將它們存盤在planet.a.

如果我僅對問題中的代碼進行這兩項更改,則該圖將顯示您期望的圓形軌道。

轉載請註明出處,本文鏈接:https://www.uj5u.com/caozuo/441558.html

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