发布时间: 2022年11月29日 星期二 专辑:Python
物体在三个力的作用下处于平衡状态,当束缚物体的条件缓慢改变时,物体仍可视为处于平衡状态,我们把这状态下物体所受的三个力称为三力动态平衡。
高中物理中的三力动态平衡问题,通常有以下三个力:一个是大小、方向不变的恒力(一般是重力),另一个是方向不变、大小变化的力,最后一个是大小方向变化的力。处于动态平衡的三个力合力为零,始终构成一个矢量三角形。利用三个力的这一特点,能快速求解各力的变化规律。
使用 Python 可以很方便地绘制如下的示意图。
源代码如下:
'绘制三个力的矢量三角形以求解三力动态平衡问题' from PIL import Image, ImageDraw from math import floor, sqrt def draw_arrow(draw, x1, y1, x2, y2, color): arrow_size = 10 c = sqrt((x2 - x1) ** 2 + (y2 - y1) ** 2) sin_a = (y2 - y1) / c cos_a = (x2 - x1) / c sin_r = arrow_size * sin_a cos_r = arrow_size * cos_a if arrow_size * 3 < c: x = x2 - cos_r * 3 y = y2 - sin_r * 3 else: x = x1 y = y1 draw.line((x1, y1, x, y), color, 3) draw.polygon((x - sin_r, y + cos_r, x + sin_r, y - cos_r, x2, y2), color) def create_frame(width, height, margin, steps, step): img = Image.new('RGB', (width, height), (255, 255, 255)) draw = ImageDraw.Draw(img) x1 = width - margin y1 = round(margin * 0.75) x2 = x1 y2 = height - y1 draw_arrow(draw, x1, y1, x2, y2, 'green') x3, y3 = x1 - 12, y1 + 16 for i in range(floor(steps * 0.24)): x4 = x3 - 12 y4 = y3 + 16 draw.line((x3, y3, x4, y4), 'orange', 1) x3, y3 = x4 - 12, y4 + 16 x3, y3 = x2, y2 if step: x4 = x2 - step * 16 y4 = y2 - step * 12 draw_arrow(draw, x2, y2, x4, y4, 'blue') draw_arrow(draw, x4, y4, x1, y1, 'red') x3, y3 = x4, y4 if step % 2 == 0: x3 -= 16 y3 -= 12 while x3 - 16 > margin: x4 = x3 - 16 y4 = y3 - 12 draw.line((x3, y3, x4, y4), 'orange', 1) x3, y3 = x4 - 16, y4 - 12 return img def create_anim(): width = 800 height = 600 margin = 46 # 绘图区域固定为 4:3 steps = floor((width - margin * 2) * 1.25 / 20) - 1 frames = [] for i in range(steps): frames.append(create_frame(width, height, margin, steps, i)) frames[0].save('tri_forces.gif', format='GIF', append_images=frames[1:], save_all=True, duration=400, loop=0) create_anim() print('OK')
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