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用Python搓一個(gè)太陽(yáng)系

shaonbean / 3156人閱讀


你們要的3D太陽(yáng)系

圖片上傳之后不知為何幀率降低了許多。。。

日地月三體

所謂三體,就是三個(gè)物體在重力作用下的運(yùn)動(dòng)。由于三點(diǎn)共面,所以三個(gè)質(zhì)點(diǎn)僅在重力作用下的運(yùn)動(dòng)軌跡也必然無(wú)法逃離平面。

三體運(yùn)動(dòng)所遵循的規(guī)律就是古老而經(jīng)典的萬(wàn)有引力

F ? = G m i m j r 2 e ? r /vec F=/frac{Gm_im_j}{r^2}/vec e_r F =r2Gmi?mj??e r?

則對(duì)于 m i m_i mi?而言,

m i d v ? i d t = G m i m j r i j 3 r ? i j m_i/frac{/text d/vec v_i}{/text dt}=/frac{Gm_im_j}{r_{ij}^3}/vec r_{ij} mi?dtdv i??=rij3?Gmi?mj??r ij?

d r ? i d t = v ? i /frac{/text d/vec r_i}{/text dt}=/vec v_i dtdr i??=v i?

將其寫(xiě)為差分形式

v ? i = ∑ j =? i G m j r i j 3 r ? i j d t r ? i = v ? i d t /begin{aligned} /vec v_i&=/sum_{j/not=i}/frac{Gm_j}{r_{ij}^3}/vec r_{ij}/text dt// /vec r_i&= /vec v_i/text dt /end{aligned} v i?r i??=j?=i?rij3?Gmj??r ij?dt=v i?dt?

由于我們希望觀(guān)察三體運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜形式,而不關(guān)系其隨對(duì)應(yīng)的宇宙星體,所以不必考慮單位制,將其在二維平面坐標(biāo)系中拆分,令 v ? = ( u , v ) /vec v=(u,v) v =(u,v),則

u i + = ∑ j =? i G m j ( x j ? x i ) d t ( x i ? x j ) 2 + ( y i ? y j ) 2 3 v i + = ∑ j =? i G m j ( y j ? y i ) d t ( x i ? x j ) 2 + ( y i ? y j ) 2 3 x i + = u ? i d t y i + = v ? i d t /begin{aligned} u_i&+=/sum_{j/not=i}/frac{Gm_j(x_j-x_i)/text dt}{/sqrt{(x_i-x_j)^2+(y_i-y_j)^2}^3}// v_i&+=/sum_{j/not=i}/frac{Gm_j(y_j-y_i)/text dt}{/sqrt{(x_i-x_j)^2+(y_i-y_j)^2}^3}// x_i&+= /vec u_i/text dt// y_i&+= /vec v_i/text dt /end{aligned} ui?vi?xi?yi??+=j?=i?(xi??xj?)2+(yi??yj?)2 ?3Gmj?(xj??xi?)dt?+=j?=i?(xi??x

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