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用Python搓一个太阳系

shaonbean / 3129人阅读


你们要的3D太阳系

图片上传之后不知为何帧率降低了许多。。。

日地月三体

所谓三体,就是三个物体在重力作用下的运动。由于三点共面,所以三个质点仅在重力作用下的运动轨迹也必然无法逃离平面。

三体运动所遵循的规律就是古老而经典的万有引力

F ⃗ = G m i m j r 2 e ⃗ r /vec F=/frac{Gm_im_j}{r^2}/vec e_r F =r2Gmimje r

则对于 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} midtdv i=rij3Gmimjr ij

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

将其写为差分形式

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 ir i=j=irij3Gmjr ijdt=v idt

由于我们希望观察三体运动的复杂形式,而不关系其随对应的宇宙星体,所以不必考虑单位制,将其在二维平面坐标系中拆分,令 v ⃗ = ( u , v ) /vec v=(u,v) v =(u,v),则

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} uivixiyi+=j=i(xixj)2+(yiyj)2 3Gmj(xjxi)dt+=j=i(xix

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