小球弹跳仿真
弹力实验:教你制作自己的弹跳球
弹力实验:教你制作自己的弹跳球教你制作自己的弹跳球弹跳球是一种玩具,它可以在水平面上弹跳,给孩子们带来欢乐。
虽然现在市面上已经有很多品牌的弹跳球,但是为什么不自己动手制作一颗呢?今天,我们来进行一次弹力实验,制作自己的弹跳球。
材料:-100克明胶粉-200克白砂糖-120毫升水-数滴食用色素-植物油步骤:1.将100克明胶粉倒入一个玻璃碗中。
2.将200克白砂糖加入另一个碗中。
3.在第三个碗中,加入120毫升水。
注意,水一定要加热到接近沸点的温度,然后慢慢倒入第二个碗中的糖中,搅拌均匀。
如果我们直接将水倒入糖中,则会破坏糖结构,导致颗粒变大,影响实验的结果。
4.将糖水倒入明胶粉中,搅拌至均匀。
这时候,液体会变成一种粘稠的黏性物质。
5.加入几滴食用色素,可以根据自己喜好选择颜色。
再次充分搅拌,使色素分布均匀。
6.在大碗中倒入植物油,确保底部均匀涂上一层植物油。
这样可以让我们的弹跳球顺利地从油的表面反弹。
7.用勺子将液体倒入植物油中。
注意力度和角度要适当,不要使液体溅出去。
8.等待5-10分钟,观察液体的变化。
9.当液体完全凝固后,我们就可以小心地将它取出来,注意力度和角度,不要让它受到挤压或者变形。
10.就这样,我们的自制弹跳球就完成了。
颜色、大小和形状都可以自己调整,这样我们可以创造出各种花式弹跳球来。
实验原理:上面提到的实验原理就是“耗散性-弹性耦合”,一种物理现象。
液体中的分子会因受到结构变化而发生流变现象,从而成为一个强韧的固体。
当你在碗中搅拌时,这些分子会变成一种类似蛋白质的东西,形成固体,并对碗产生一定程度的压力。
当这个固体碰到硬表面时,会肆意地反弹,射出去,形成弹跳的效果。
结论:通过上述实验,我们可以深入了解弹力实的原理,同时也可以自己动手制作一颗弹跳球,满足孩子或自己的兴趣爱好。
当然,这个实验也有一些风险,所以必须在成人指导下完成。
例如,当液体进入杂质或受到挤压时,会导致液体失去弹性或爆裂,危及人身安全。
matlab弹跳球模型
弹跳球仿真模型一、设计要求一弹跳球从10m高处以15m/s的速度向上抛出,用matlab软件仿真其运动轨迹并将其用三维动画显示。
二、设计目的1、熟悉并掌握matlab软件的使用2、掌握simulink下物理模型的建立与仿真3、掌握Matlab/simulink仿真结果的三维动画的显示方法三、设计步骤1、弹跳球的原理分析:弹跳球的运动过程就是一个能量转换的过程,当小球从10m的高度以15m/s的速度垂直向上抛出时,动能转换为重力势能,做匀减速直线运动,上升至最高点开始下降,小球向下运动做匀加速直线运动,重力势能转换为动能,当接触地面后动能转换为弹性势能,弹性势能又转换为动能,小球又开始向上运动,如此循环,由于能量的损耗,小球运动的高度和速度逐渐减小,能量损耗完后小球将停止运动。
其物理模型为Vt=V0-gt,h=V0t-1/2gt2。
2、用simulink建立仿真模型利用simulink环境建立起一个如下图所示的带三维动画显示的仿真框图。
该框图主要用了二阶积分模块实现小球下落速度和高度的计算,用VR SINK模块仿真三维动画。
3、主要模块分析(1)二阶积分模块:d2g/dt2=h,dg/dt=v 其中的h表示小球运动的高度,v表示速度(2)VR SINK模块打开V-realm Builder 2.0 软件,建立如下图所示VRML语言文件,包含两个对象,地面和球,球的scale设置为[1.5,1.5,1.5,0.1],translation设置为[0,10,0,0.1],其它设置默认就可,保存为vrbounce111.wrl文件。
将VR SINK模块复制到仿真模型时,该模块并没有输入端口,因为尚未建立起该模块和场景的关联。
双击该模块,将得出虚拟现实输入模块对话框,这时右侧的VRML tree中将出现相关属性的树状结构。
展开ball 对象,选中其translation属性,这样模块就会自动生成一个输入端口ball.translation. 如下图所示:4、调试与仿真用simullink建立仿真模型后,进行仿真和调试得到如图所示的波形图:图1 弹跳球高度的变化情况图2 弹跳球的速度变化情况弹跳球的三维动画可在所附文件里查看。
弹性小球弹跳效果制作PPT教程
第一步:都知道的秘密
选择小球→动画→添加动画→直线→持续时间1秒
第二步:隐藏的秘密
设置动画选项,参数如图Biblioteka 播放试试有没有点儿
感觉
差点火候啊
高潮 来了
第三步:一般人不能说的秘密
删除已有动画→复制小球→先选圆球再选扁球→NT→平滑过渡
此时的动画窗格 秘密藏在 动画窗格
以上是一次完整的往返动画
复制动画 两种方法
哦,我能想到的
方法1
+
方法2
复制 粘贴
上一动画之后
第三步:一般人不能说的秘密
调整动画
圆球 扁球 相同 设置
第三步:一般人不能说的秘密
全选两球并复制→删除拷贝的动画→先选扁球再选圆球→NT→平稳过渡
第三步:一般人不能说的秘密
设置拷贝球动画
圆球 扁球 相同 设置
第三步:一般人不能说的秘密
全选拷贝两球拖动到原有小球上并完全重合→为原有/拷贝球分别设置消失/出现动画
@菜鸟PPT
教程
打造逼真弹性小球运动效果
一个弹性小球自由落体动画如何在PPT中实现
速度因为受重力影响 越来越快 形状因为受阻力影响 会慢慢变形 触地的一瞬间 速度最大 形变最大
到达最高点 速度最小 形变最小 形状因为受阻力影响 会慢慢复原 速度因为受重力影响 越来越慢
假设
没有能量损失 上页假设都成立
animate小球弹跳制作方法
animate小球弹跳制作方法以animate小球弹跳制作方法为题,本文将介绍一种制作小球弹跳效果的方法。
小球弹跳是一种常见的动画效果,可以通过使用动画软件或编程语言来实现。
接下来,我们将详细介绍如何使用Animate软件制作小球弹跳效果。
第一步,打开Animate软件并创建一个新的动画项目。
在项目中,我们需要创建一个小球的图形并设置其初始位置和大小。
第二步,使用Animate提供的绘图工具创建一个小球形状。
可以使用椭圆工具或圆形工具来绘制一个圆形,然后调整其大小和颜色以适应需要。
第三步,设置小球的初始位置。
在Animate的时间轴中,选择第一帧,并将小球移动到需要的初始位置。
可以使用选择工具来拖动小球,或者直接在属性面板中输入坐标值来精确调整位置。
第四步,设置小球的弹跳动画。
在时间轴中,选择第二帧,并将小球向上移动一段距离。
可以使用选择工具或者坐标值来调整位置。
第五步,添加动画效果。
在时间轴中,选择第一帧和第二帧之间的帧,并添加补间动画。
Animate会自动计算并创建中间帧,实现小球从初始位置到弹跳位置的平滑过渡。
第六步,设置小球的弹跳效果。
在时间轴中,选择第二帧和第三帧之间的帧,并将小球向下移动一段距离。
同样,可以使用选择工具或者坐标值来调整位置。
第七步,添加补间动画。
在时间轴中,选择第二帧和第三帧之间的帧,并添加补间动画。
Animate会自动计算并创建中间帧,实现小球从弹跳位置到下降位置的平滑过渡。
第八步,设置小球的下降效果。
在时间轴中,选择第三帧和第四帧之间的帧,并将小球向下移动一段距离。
同样,可以使用选择工具或者坐标值来调整位置。
第九步,添加补间动画。
在时间轴中,选择第三帧和第四帧之间的帧,并添加补间动画。
Animate会自动计算并创建中间帧,实现小球从下降位置到最终位置的平滑过渡。
第十步,预览和调整动画效果。
在Animate中,可以通过点击播放按钮来预览动画效果。
如果需要调整动画的速度或其他属性,可以在时间轴或属性面板中进行相应的调整。
基于Matlab Simulink的小球弹跳仿真及动画实现
实现了可视化建模 . wn o s 在 id w 环境下 。 用户通过简单的鼠标 操作
就 可建 立 起 直观 的系 统模 型 。 进 行 仿 真 ; 现 了多 工 作 环 境 问 文 并 实 件互 用 和 数据 交换 . Sm l k与 Ma a ,i l k与 F ra 、 如 iui n l f bSmui n ot n C和 r
转换 后 如 图 1 示 。 所
图 3 积 分 模 块 属 性 设 王 对 话 框
i
22编 辑模 块 .
首 先 对 各 个模 块 名 进行 编辑 。 进 行 各 个 模 块 的 属 性 设 定 。 再 其
中 主要 模 块 属 性 如 图 2 图 3所 示 。 ,
最 后 用 仿 真 信 号线 将 各 个模 块 连 接 起 来 , 图 4所 示 。 如
a p e ,I h r l si h o mi a l n t n a d t e s l p rt n p h s t c am e t ef r d b e f c i n h i e o e a o ,Th s a e O s o S mui k t h ATL s i n u o mp i i p p ri t h w i l o t e M s n AB f n d n e p n i n u c o x a s o
Ab t c :i l ka ed e a n f h s wiepe dsf r ak g si ed n mi ytm d l ga d tes l inap c sr t mui l ay b c meo eo emo t d sra ot ep c ae t y a css a S n r t wa nh e mo ei n i a o se t n h mu t
小学生系列之六——小球蹦蹦跳
小学生系列之六——小球蹦蹦跳一、功能描述模拟地球上的自由落体运动:小球从空中掉落,落地后再弹起,弹起后的高度逐渐降低,直至不再弹起。
如下面的视频所示。
图1 跳动的球——运动轨迹二、界面设计如下图所示,在项目中添加四个组件——按钮、画布、精灵及计时器(在传感器分组中)。
组件的属性设置如下:按钮:名称=重新开始显示文本=重新开始画布:宽度、高度=充满精灵:x、y坐标=0图片=ball_30.png(球的直径为30像素)计时器:计时间隔=25毫秒(1秒=1000毫秒)三、认识代码块1、连加法块加法块是可扩展块,点击加法块左上角的蓝色标记,即可添加加数,数量不限,如下图所示。
2、代码的两种显示方式加法块中有两个或多个插槽,需要在这些插槽中填入数字,这些数字被称为“输入项”,输入项的排列方式有两种,如下图所示,左图为内嵌式(数字嵌入在代码块中),右图为外挂式(数字悬挂在代码块的外侧)。
这一功能可以调整代码块的宽度或高度,以便在有限的屏幕范围内,尽可能完成地显示代码。
在代码块上点击右键,在弹出的菜单中可以切换显示方式。
3、条件语句下图中是一个有返回值的条件语句,如果条件满足,则返回A (则后面的值),否则,返回B(否则后面的值)。
4、计时器计时器像钟表一样,会嘀嗒嘀嗒地走动,每“嘀嗒”一次都会触发一次计时事件,两次“嘀嗒”之间的时间长度叫做计时间隔,用毫秒来度量,1秒=1000毫秒。
在本例子中,计时间隔设为25毫秒,也就是说,1秒钟会发生40次计时事件。
每当发生计时事件时,我们都会重新设置小球的垂直速度及小球的位置(x、y坐标),这样就形成了小球的连续运动。
5、计时器的开启与停止通过设置计时器组件的启用计时属性,可以控制计时器的工作状态,当启用计时属性设为真时,计时器开始工作(计时),当启用计时属性设为假时,计时器停止工作。
6、与运动相关的变量垂直速度:小球从最高点开始下落,垂直方向的初始速度为零,此后,在每个计时事件中,速度将有所变化;水平速度:小球在水平方向的初始速度为0.7,并保持不变;重力:小球在地球的重力场中下落,重力的作用使小球在垂直方向的速度增大或减小,小球上升时,重力起到减速作用,小球下降时,重力起到加速作用;空气阻力:小球在运动过程中,受到空气阻力的作用。
3D动作—小球弹跳制作
新的一天又开始啦,我们又见面了,今天给大家带来的是3D动作——小球弹跳的制作。
1、打开MAXS9.0。
在场景里创建一个小球,拉起一定高度。
2、在第1帧、10帧、20帧、30帧、40帧、50帧、58帧、65帧、70帧、75帧。
各K 出小球触地板弹起的关键帧。
3、高度Z轴数据。
4、观察小球的下落动画节奏是否正确,可以通过调节关键帧的在时间轴上的位置,来修改节奏,直到自己满意为止,制作后的效果。
5、调节好小球下落的节奏后,我们来开始来调节小球的碰撞的挤压变形。
我们着重分析一次小球第一次与地板碰撞弹起的过程,后面的碰撞弹跳的原理的都是一样的,不同的是,碰撞的变形幅度一次比一次小。
在第4帧在缩放K一帧,下落初始阶段,基本没有形变;
在第9帧,在小球快要接触到地面时,形变最大,拉得最长,在第10帧小球撞倒地面,形变也最厉害,被压得最扁;
在第11帧的时候小球由于弹性,恢复原型;在第13帧,小球向上弹起,拉长变形,第15帧变回原形;
第20帧继续上升到最高点,准备下一次的下落,这样,小球一次形变就制作完成,接下来每次的形变规律都和第一相似,只不过形变幅度变小了而已。
这样调节完成后小球的弹跳动画就制作完成啦
怎么样,你学会了吗?欢迎加入模型云交流群,共同学习共同成长!。
LS-DYNA仿真小球二次反弹
小球二次反弹模拟1.问题描述一个小球,以一个初速度,撞击在刚体上,进行二次反弹。
这个例子是在看知乎的时候看到的,不过原作者写的比较麻烦,用了workbench,用了LS-prepost,还有LS-dyna求解器,所以复现的时候用workbench直接复现一下。
2.流程a)建模选择在SolidWorks中建模,模型尺寸小球半径30mm,直角刚体,外部长边180mm*180mm,厚度10mm分别建模直角形刚体和小球,然后装配组装b)导入模型将建好的模型,保存成step格式新建一个ansysworkbench文件打开之后,在左侧选择LS-DYNA拖动到右侧工作区插入模型选择相关路径确认完成c)设置材料材料选择为默认材料结构钢,可能有不合理的地方,实际操作可以修改d)模型处理在左侧单击模型名称,下方修改模型属性小球设置为柔性体直角形结构设置为刚体e)接触设置由于两个物体较近,所以自动识别了一个接触,直接抑制。
默认的体间作用保存。
这里的接触关系其实也不影响计算,可以运行的。
f)网格划分网格划分采用默认方式划分,演示作用g)设置条件在初始条件里,给一个初速度,大小为X方向-1000m/s和Y方向-1200m/s,这里的速度给的较大,因为后面给的求解时间很短这里给定的速度,应该是初始条件里,初始速度;如果给成了速度,那么小球一直会保持这个速度,最后造成报错,或者穿透。
直角形板设置固定约束求解时间6e-5s,可以先给定一个较短的时间,算一个结果之后,观察轨迹,如果不足,再增加。
原则上是,先跑出来不报错,之后细化。
h)求解计算直接点solve就行了。
i)后处理位移显示开始状态结束状态曲线图应力图。
小球在空气阻力下弹跳实验的建模与仿真
第31卷第4期大学物理实验Vol.31No.42018年8月PHYSICALEXPERIMENTOFCOLLEGEAug.2018收稿日期:2018 ̄03 ̄15基金项目:江苏省现代教育技术研究课题(2018 ̄R ̄63814)文章编号:1007 ̄2934(2018)04 ̄0069 ̄04小球在空气阻力下弹跳实验的建模与仿真张㊀林(南京林业大学ꎬ江苏南京㊀210037)摘要:使用Matlab/Simulink软件ꎬ建立了小球在空气阻力下反复弹跳的实验模型ꎬ讨论了小球在不同空气阻尼系数下的位移和速度ꎬ加深了学生对质点落体运动以及碰撞问题的认识ꎮ关键词:弹跳运动ꎻMatlab/Simulinkꎻ空气阻尼中图分类号:O4 ̄39文献标志码:ADOI:10.14139/j.cnki.cn22 ̄1228.2018.04.018㊀㊀物体在空气中运动时ꎬ会受到空气阻力ꎬ阻力的方向与速度方向相反ꎮ研究表明[1ꎬ2]:空气对运动物体的阻力大小ꎬ与物体运动的速度有关ꎮ当物体做低速运动时ꎬ空气阻力正比于物体的运动速率ꎻ当物体高速运动时ꎬ它所受到的空气阻力则正比于速率的平方ꎮ这个结论只适用于特定的实验环境ꎬ因为物体所受的空气阻力还会受到其形状㊁大小㊁密度㊁光滑度以及环境等诸多因素[3 ̄7]的制约ꎬ因此在不同时间㊁地点下测量ꎬ可能会得到不同的结论ꎮ所以ꎬ我们希望通过Matlab/Simulink仿真软件建立小球在不同空气阻尼系数下做弹跳运动的虚拟实验模型ꎬ通过改变模型中的控制参数ꎬ来研究小球的运动状态ꎬ从而加深学生对质点动力学问题的认识和理解ꎮ1㊀小球弹跳实验的动力学方程考虑一个质量为mꎬ可看成质点的刚性小球ꎬ在地面上反复弹跳ꎬ以地面为坐标原点ꎬ竖直向上为正方向ꎬ建立一维的坐标系ꎬ如图1所示ꎮ图1 小球的下落和上升过程图左(右)边分别表示小球在下落(上升)过程中所受到的重力mg和空气阻力f=k|v|αꎬ其中|v|表示小球的速率ꎬk是空气阻尼系数ꎬα是空气阻尼指数因子ꎮ根据牛顿第二定律ꎬ小球下落过程的动力学方程可表示为:ma=-mg+k|v|α(1)同理ꎬ上升过程的动力学方程可表示为ma=-mg-k|v|α(2)利用小球下落过程的速度v<0ꎬ上升过程v>0ꎬ可以合并(1)式和(2)式:ma=-mg-kv|v|α-1即a=-g-kmv|v|α-1(3)若小球不受到空气阻力(k=0)时ꎬ则小球在竖直方向做自由落体运动ꎬ其运动方程可表示为:x(t)=x0+v0t+12gt2(4)若空气阻尼指数因子α=1时ꎬ其运动方程为:x(t)=x0-mkgt+mkv0+mkgæèçöø÷1-e-ktm()(5)其中x0表示小球的初始位置ꎬv0表示初速度ꎮ在实际过程中ꎬ空气阻尼指数因子α取非整数ꎬ则(3)式没有解析解ꎬ只能得到数值解ꎬ因此通过Matlab/Simulink仿真平台来模拟小球真实的运动过程是非常有效的ꎮ另外ꎬ小球与地面的碰撞是非弹性碰撞ꎬ其第i次碰撞的恢复系数可定义为:β=vivi0(6)其中vi0和vi分别表示小球与地面碰撞前后的初速度和末速度ꎬ因为vi0<0且vi>0ꎬ则碰撞恢复系数的取值范围是-1£β£0ꎮ若β=-1表示完全弹性碰撞ꎬβ=0则表示完全非弹性碰撞ꎮ2㊀小球弹跳实验的Simulink建模与仿真㊀㊀将使用Matlab/Simulink仿真软件ꎬ对小球在空气阻力下的动力学方程(3)式进行建模ꎬ并得到小球在不同的实验条件下的运动状态ꎮ在图2所示的Matlab/Simulink仿真框图中ꎬ建立一个常数模块gꎬ设置为(3)式中小球的重力加速度ꎮ因为小球的加速度a依赖于速度vꎬ因此需要建立一个二阶积分(IntegratorSecond ̄Order)模块ꎬ通过设置外触发模式ꎬ来设置小球的初速度v0和初位置x0ꎬ并且将瞬时速度v取绝对值|v|ꎬ并经过幂乘因子α-1ꎬ与重力加速度加减组合ꎬ就能实现(3)式等号的右边ꎬ再作为输入量循环积分ꎬ便能得到小球在空气阻力下运动的位移和速度ꎬ并通过虚拟示波器Scope输出图像ꎮ另外ꎬ对于小球与地面之间非弹性碰撞的处理ꎬ我们是通过一个记忆(Memory)模块和一个增益(Gain)模块来实现的ꎮ当小球位移不为0时ꎬ初速度将保持上一个记忆ꎬ否则将按照(5)式ꎬ碰撞前的速度乘上恢复系数βꎬ得到碰撞后的速度ꎬ重新计算小球上升过程的运动方程和速度ꎮ在完成Matlab/Simulink建模后ꎬ为了得到小球的运动方程和速度ꎬ需要设定虚拟实验的参数:取小球质量m为0.003kgꎬ重力加速度g=-9.8m/sꎬ小球的初位置x0=10mꎬ初速度v0=15m/sꎮ图2㊀小球在空气阻力下运动的Simulink仿真框图㊀㊀图3是不考虑空气阻力k=0ꎬ且小球与地面发生完全弹性碰撞(恢复系数β=-1)时的仿真图像ꎮ上图是小球的位置x随时间t的变化曲线ꎬ下图是小球的速度v与时间t的曲线ꎮ从图中可以看出ꎬ位置与时间满足x=x0+v0t+12gt2的经典关系ꎬ当t=v0g=1.53sꎬ小球的速度等于0ꎬ并且07小球在空气阻力下弹跳实验的建模与仿真处于最高点21.5mꎮ当t=3.6s时ꎬ小球第一次下落到地面x=0且速度达到负的最大v=-20.5m/sꎬ并与地面发生弹性碰撞ꎬ以原速度大小反方向弹起ꎬ然后作高度不衰减的周期性弹跳运动ꎬ其弹跳周期近似为4.14sꎮ图3㊀空气阻尼系数k=0Ns/mꎬ且恢复系数β=-1.0时ꎬ小球的位置和速度曲线图4㊀阻尼系数k=0.001Ns/mꎬα=1.1且恢复系数β=-0.8时ꎬ小球的位置和速度曲线17小球在空气阻力下弹跳实验的建模与仿真㊀㊀图4是空气阻尼系数k=0.001Ns/mꎬα=1.1且小球与地面发生非弹性碰撞(恢复系数β=-0.8)时的仿真图像ꎮ如图所示ꎬ虽然位置x仍然近似满足抛物线型曲线ꎬ但是由于空气阻力的存在ꎬ小球运动的最高点要小于20mꎮ另一方面ꎬ由于小球与地面的碰撞是非弹性碰撞ꎬ存在机械能E的损失ꎬ这也加剧了小球反弹后的高度和速度不断地衰减ꎬ经过有限次数的碰撞后ꎬ小球最终会停止运动ꎮ小球的机械能E随时间t的变化ꎬ也可以从弹跳最大高度的变化估算出:E~e-ktmꎬ这与理论结果(5)式是近似符合的ꎮ此外ꎬ小球与地面的碰撞时间间隔也会随着碰撞次数的增加而不断地减小ꎮ3㊀结㊀论利用Matlab/Simulink软件构建了小球在空气阻力下做落体运动的虚拟实验模型ꎬ讨论了小球在无空气阻力ꎬ且与地面发生完全弹性碰撞的无阻尼弹跳ꎬ以及存在空气阻力ꎬ且有碰撞能量损失的阻尼弹跳ꎬ仿真结果与经典理论相符合ꎬ加深了学生对质点动力学问题的认识和理解ꎮ参考文献:[1]㊀蔡志东ꎬ陆建隆.考虑空气阻力时铅球最佳投射角的参数方程和实用方程[J].大学物理ꎬ2006ꎬ25(10):16 ̄22.[2]㊀马文蔚ꎬ解希顺ꎬ周雨青.物理学[M].北京:高等教育出版社.2006:41 ̄42.[3]㊀陈皓ꎬ朱世峰.锥体下落过程的空气阻力[J].河北师范大学学报:自然科学版ꎬ2011ꎬ35(3):265 ̄268. [4]㊀夏清华ꎬ张建华ꎬ杨德军.弹跳球运动的理论分析与数值研究[J].大学物理ꎬ2006ꎬ25(6):16 ̄19. [5]㊀代超超ꎬ杨凯ꎬ龙姝明.空气阻力与球体运动速度的函数关系[J].物理与工程ꎬ2013ꎬ23(4):61 ̄64. [6]㊀刘扬正ꎬ钱仰德.测定不同形状物体空气阻力系数的实验[J].大学物理ꎬ2017ꎬ36(3):16 ̄19. [7]㊀李艳琴.多功能球一球碰撞实验仪的研制[J].大学物理实验ꎬ2016(6):94 ̄97.ModelingandSimulationofaBouncingBallExperimentunderAirFrictionForceZHANGLin(NanjingForestryUniversityꎬJiangsuNanjing210037)Abstract:TheMatlab/Simulinksoftwarewasusedtoestablishanexperimentalmodeloftheballbouncedre ̄peatedlyunderairresistance.Thedisplacementandvelocityoftheballunderdifferentairdampingcoefficientswerediscussedꎬwhichdeepenedstudents understandingoftheparticlefallingandcollisionproblems.Keywords:bouncingballꎻMatlab/Simulinkꎻairdamping27小球在空气阻力下弹跳实验的建模与仿真。
MATLAB实例分析
0700103212 王剑
系统过程分析:
忽略空气对球的影响,乒乓球垂直下 落,落点为光滑的水平面,乒乓球接 触落点立即反弹。如果不考虑弹跳中 的能量损耗,则反弹前后的瞬时速率 不变,但方向相反。如果考虑撞击损 耗,则反弹速率有所降低。
数学模型的建立
首先对乒乓球弹跳过程进行一些理想化假设。设 球是刚性的,质量为m,垂直下落。碰击面为水 平光滑平面。在理想情况下碰击无能量损耗。如 果考虑碰击面损耗,则碰击前后速度方向相反, 大小按比例系数K; 0 < K ≤ 1 下降。在t 时刻的 速度设为v = v(t),位移设为y = y(t),并以碰击点 为坐标原点,水平方向为坐标横轴建立直角坐标 系。球体的速度以竖直向上方向为正方向。重力 。 加速度为 g=9.8m/ s2
初始条件假设:设初始时刻t0 = 0 球体的初始 速度为v0 = v(t0),初始位移为y0 = y(t0)。 受力分析:在空中时小球受重力F = mg 作用, 其中,g = -dv/dt。则在t + dt 时刻小球的速 度为
v(t + dt ) = v(t ) − gdt...........(1)
在t + dt 时刻小球的位移为
y (t + dt ) = y (t ) + v(t )dt.........( 2)
在小球撞击水平面的瞬间,即y(t) = 0 的时刻,它的速 度方向改变,大小按比例K 衰减。当K = 1 时,就是无 损耗弹跳情况。因此,小球反弹瞬间(t + dt 时刻)的 速度为
v(t + dt ) = − Kv(t ) − gdt ,0 < K ≤ 1......(3)
反弹瞬间的位移为
让物品跳动和漂浮的方法
让物品跳动和漂浮的方法物品跳动和漂浮,听起来像是魔法吧?咱们可以用一些简单的方法来实现这些有趣的效果。
想象一下,桌上的一颗乒乓球突然跳起来,或者一只小玩具在空中漂浮,嘿,谁不想在家里搞点这样的花样呢?要让物品跳动,我们可以用弹力球做个实验。
找一个平坦的地面,准备好你的弹力球,稍微用力地把它扔下去。
哇,看看它蹦得多高!有时候甚至能飞到天花板上去,感觉像是小球在给你表演特技。
不过,别忘了选择一个合适的地方,不然这小家伙一不小心砸到东西就麻烦了。
然后,有一种方法可以让物品看起来像是在漂浮。
这就需要一点点创造力了。
比如,我们可以用一些透明的细线把轻巧的小物件挂起来。
像气球、玩具飞机,甚至是一根小棒子,悬挂在空中,朋友们一看到都惊呆了。
你就说:“这是魔术吗?”其实不过是巧妙的布局罢了。
你还可以试试在水里漂浮物品的玩法。
拿个碗,倒上水,把一些轻的小物品放进去,比如说浮力比较大的纸船。
哇,这些小船就像是航行在蓝色海洋上,真是美丽又有趣。
咱们再说说如何让物品在空气中“舞动”。
如果你手里有风扇,那真是再好不过了。
可以把一张纸做成小翅膀,放在风扇前面。
看着它在风中摇曳,简直像是小精灵在跳舞!准备一些泡沫塑料球,这些小球轻得就像羽毛,把它们放在桌子上,对着风扇吹气,嘿嘿,球儿就会飞起来,真是让人忍俊不禁。
这时候,可以想象自己是在指挥一场小型的飞行表演,心里那个美呀,别提了。
咱们可以尝试做一些简单的科学实验。
你知道吗?有一种叫做静电的东西,可以让轻的物品悬浮在空中。
找一根干净的塑料棒,摩擦一些毛衣,然后靠近小纸片,看看这些小纸片是怎么飞向你的。
这种神奇的现象让你会觉得,哇,自己变成了科学家!而且这种小实验也可以在聚会上搞个小表演,保证能引起大家的兴趣。
说到漂浮,咱们还可以做一些非常酷的DIY项目。
用气球来漂浮,真是小朋友的最爱。
把气球吹起来,绑上你喜欢的小玩具,让它随风飘荡。
想象一下,当气球飘到高处,玩具摇摇晃晃,就像在空中旅行,那个场面可真是让人觉得乐趣无穷。
小球的真实弹跳运动
小球真实弹跳运动创建简单的模型和场景1、创建一个简单的Nurbs小球,Scale是1个单位。
2、创建一个Plane,作为参考地面,Scale是100个单位。
3、创建一个Squash变形器:Deform>Create Nonlinear>Squash.4、把Squash变形器作为小球的子物体。
5、导入背景音乐。
一、确定时间的终止帧为60二、设置落地帧:将时间移至第4帧处,我们选择小球在原地设置第一个关键帧;将时间移至第24帧处,将小球的X轴设为10,设置第二个关键帧;将时间移至第44帧处,将小球的X轴设为20,设置第三个关键帧。
三、设置最高处的关键帧:将时间移至14帧处,不改变别的值,在通道栏将小球Y轴设为8,设置第4个关键帧;将时间移至34帧处,不改变别的值,在通道栏将小球Y轴设为8,设置第5个关键帧。
四、打开图表编辑器,选择小球的TranslateY,显示Y轴运动。
全选关键帧,选择Curves>Weighted Tangents命令,使曲线成为权重曲线。
这样,我们可以通过编辑切线的权重来更合理的达到速度变化的要求。
五、单击工具栏,使五个关键帧都成为Flat切线型。
框选小球的三个落地关键帧,单击,断开落地帧的切线,以便达到小球落地后力和弹力的瞬间变化的效果。
●单击,释放这些帧的切线权重。
现在,我们可以通过调节切线手柄任意调节切线权重了。
●第24帧的左边曲线在相当于小球坠地的重力加速运动,当到达24帧处,受到地面的阻碍,迅速成为相反方向的运动,如24帧的右边曲线。
●由于向上的运动是个减速运动,并在最高点运动趋于零,然后成为向下的减速运动。
于是,我们开始调节最高点处帧的切线。
●用类似的操作完成其他关键帧的曲线调节,六、首先开始设置压缩帧,在4,24,44帧处,选择小球的Squash手柄,将Squash通道栏中的Factor设为-0.4,其他不变,设置关键帧。
七、设置的小球的拉伸帧,在6,22,26,42帧处,将Squash通道栏中的Factor设为0.4,其他不变,设置关键帧。
基于智能手机和Phyphox软件的小球弹跳实验研究
2、结果与讨论
(2)操作误差:在实验过程中,操作者可能存在一些操作上的误差,例如释 放小球的位置、角度以及开始计时的时机等。这些因素都可能影响实验结果的准 确性。
2、结果与讨论
尽管存在上述误差,但我们的实验结果仍然可以验证小球弹跳定律的基本规 律。与理论值相比,实验结果在可接受的误差范围内。这说明使用智能手机和 Phyphox软件进行小球弹跳实验具有一定的可行性和实用性。同时,这种简单易 行的实验方法也可以激发学生对物理实验的兴趣和热情。
2、结果与讨论
2、结果与讨论
通过观察和分析实验数据,可以发现小球弹跳的规律与理论值存在一定的差 异。这主要是由于以下原因引起的误差:
2、结果与讨论
(1)空气阻力:在现实情况下,小球下落时受到空气阻力的影响。而在本实 验中,我们无法完全消除空气阻力对小球运动的影响,因此会导致实验结果略大 于理论值。
谢谢观看
实验设计
1、实验材料
1、智能手机(具备计时功能)
2、Phyphox软件(可在Android和iOS平台上使用)
3、小球(直径约1厘米,质量约 5克)
4、纸板(用于构建小球弹跳的 轨道)
5、水平面(如桌面)
2、实验过程
2、实验过程
(1)下载并安装Phyphox软件,打开并选择“Bouncing Ball”实验模式。
结论
结论
通过本次基于智能手机和Phyphox软件的小球弹跳实验,我们成功地利用常见 设备实现了对小球弹跳规律的探究。实验结果表明,小球从轨道顶部掉落到轨道 底部的时间与小球的质量和形状无关,符合自由落体运动的规律。同时,尽管存 在一些无法消除的误差,但实验结果仍在一定程度上验证了小球弹跳定律的理论 值。
结论
python实现小球弹跳效果
这篇文章主要介绍了matplotlib配色之colormap详解文中通过示例代码介绍的非常详细对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值需要的朋友们下面随着小编来一起学习学习吧
python实 现 小 球 弹 跳 效 果
本文实例为大家分享了python实现小球弹跳效果的具体代码,供大家参考,具体内容如下
if event.type == pygame.QUIT: running = False pygame.time.delay(100) pygame.draw.rect(screen, [255, 255, 255], [x, y, 190, 190], 0) x = x + x_speed y = y + y_speed if x > screen.get_width() - 190 or x < 0: x_speed = - x_speed if y > screen.get_height() - 190 or y < 0: y_speed = - y_speed screen.blit(my_ball, [x, y]) pygame.display.flip() pygame.quit()
小球弹跳仿真讲课教案
小球弹跳仿真Matlab仿真技术作品报告题目:基于MATLAB的小球弹跳仿真系(院):专业:班级:学号:姓名:指导教师:学年学期: ~ 学年第学期年月日设计任务书摘要matlab的应用领域非常广泛,从基本的线性代数、泛函分析,到应用广泛的信号处理、可控制系统、通信系统,直到神经网络、小波理论等最新技术领域。
为了体现matlab这个语言工具的应用,所以以本次课程设计为小小的实例,来体现它的应用价值。
本次课程设计思想来源于基础实验课的第一次实验,不过在此基础上提高了难度,综合运用了整个matlab课程中所学到的知识。
第一次关于小球弹跳的实验只是把它的轨迹图用绘图方法制作出来,而且物理情景简单,初始速度为0,高度为1,小相当于竖直下落过程,所以让我想到在此基础上深入挖掘,做一个初始速度、初始高度和衰减系数都可以通过输入来确定,可以描绘出小球弹跳的整个动态过程,而这一切正是matlab仿真技术可以解决的问题,也是体现这门课程的主要特色所在。
关键词初始速度、初始高度、衰减系数、动态、simulink、GUI界面、仿真图形一、绪论MATLAB语言是一种以矩阵运算为基础的交互式程序语言。
它集成度高,使用方便,输入简捷,运算高效,内容丰富,并且很容易有用户自行扩展。
与其它计算机语言相比,MATLAB具有以下特点:(1)、MATLAB是以解释方式工作,输入算是立即得出结果,无需编译,对每条语句解释后立即执行。
若有错误也立即作出反应,便于编程者马上改正。
这些都大大减轻了编程和调试的工作量。
(2)、变量的多功能性。
每个变量代表一个矩阵,可以有mn 个元素;每个元素都可以看做一个复数;矩阵的行数列数无需定义,MATLAB会根据用户输入的数据形式,自动决定一个矩阵的阶数。
(3)、运算符号的多功能性。
所有的运算,包括加减乘除、函数运算都对矩阵和复数有效。
(4)、语言规则与笔算式相似。
(5)、强大而简易的作图功能。
能根据输入数据自动确定坐标绘图;能规定多种坐标(极坐标、对数坐标等)绘图;能绘制三维坐标中的曲线和曲面;可设置不同的颜色、线型、视角等,如果数据齐全,往往只需要一条命令即可给出相应的图形。
弹跳运动的Simulink仿真模拟
弹跳运动的Simulink仿真模拟
张林
【期刊名称】《物理与工程》
【年(卷),期】2009(019)006
【摘要】本文建立了小球在谐振桌面上做弹跳运动的动力学模型,并用Simulink 仿真软件模拟了小球在不同参数下从规则运动到无规则运动的各种动力学行为,仿真的结果表明,控制参数对系统的动力学行为有重要的影响.
【总页数】4页(P36-39)
【作者】张林
【作者单位】南京林业大学理学院应用物理系,江苏南京,210037
【正文语种】中文
【相关文献】
1.基于Simulink仿真模拟的电动汽车电池优化设计研究 [J], 张露;胡广地
2.基于MATLAB中SIMULINK的准周期弹跳运动的仿真模拟 [J], 张林;宋文广
3.基于Matlab Simulink的小球弹跳仿真及动画实现 [J], 周小云
4.以弹跳机器人为背景的弹性环弹跳运动能量转换 [J], 王毅君;武烨存;刘伟;史庆藩
5.基于Simulink仿真模拟的智慧能源管理系统分析 [J], 沈忠杰;汪鹏;许鸿伟因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
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Matlab仿真技术作品报告题目:基于MATLAB的小球弹跳仿真系(院):专业:班级:学号:姓名:指导教师:学年学期:~ 学年第学期年月日设计任务书摘要matlab的应用领域非常广泛,从基本的线性代数、泛函分析,到应用广泛的信号处理、可控制系统、通信系统,直到神经网络、小波理论等最新技术领域。
为了体现matlab这个语言工具的应用,所以以本次课程设计为小小的实例,来体现它的应用价值。
本次课程设计思想来源于基础实验课的第一次实验,不过在此基础上提高了难度,综合运用了整个matlab课程中所学到的知识。
第一次关于小球弹跳的实验只是把它的轨迹图用绘图方法制作出来,而且物理情景简单,初始速度为0,高度为1,小相当于竖直下落过程,所以让我想到在此基础上深入挖掘,做一个初始速度、初始高度和衰减系数都可以通过输入来确定,可以描绘出小球弹跳的整个动态过程,而这一切正是matlab仿真技术可以解决的问题,也是体现这门课程的主要特色所在。
关键词初始速度、初始高度、衰减系数、动态、simulink、GUI 界面、仿真图形一、绪论MATLAB语言是一种以矩阵运算为基础的交互式程序语言。
它集成度高,使用方便,输入简捷,运算高效,内容丰富,并且很容易有用户自行扩展。
与其它计算机语言相比,MATLAB具有以下特点:(1)、MATLAB是以解释方式工作,输入算是立即得出结果,无需编译,对每条语句解释后立即执行。
若有错误也立即作出反应,便于编程者马上改正。
这些都大大减轻了编程和调试的工作量。
(2)、变量的多功能性。
每个变量代表一个矩阵,可以有mn 个元素;每个元素都可以看做一个复数;矩阵的行数列数无需定义,MATLAB会根据用户输入的数据形式,自动决定一个矩阵的阶数。
(3)、运算符号的多功能性。
所有的运算,包括加减乘除、函数运算都对矩阵和复数有效。
(4)、语言规则与笔算式相似。
(5)、强大而简易的作图功能。
能根据输入数据自动确定坐标绘图;能规定多种坐标(极坐标、对数坐标等)绘图;能绘制三维坐标中的曲线和曲面;可设置不同的颜色、线型、视角等,如果数据齐全,往往只需要一条命令即可给出相应的图形。
(6)、智能化程度高。
绘图时自动选择最佳坐标,以及按输入或输出变元数自动选择算法等;做数值积分时自动按精确度选择步长;自动检测和显示程序错误的能力强,易于调试。
、(7)、功能丰富,可扩展性强。
MATLAB软件包括基本部分和专业扩展部分。
基本部分包括:矩阵的运算和各种变换,代数和超越方程的求解,数据处理和傅里叶变换及数值积分等。
扩展部分称为工具箱,它实际上是用MATLAB的基本语句编成的各种子程序集,用于解决某一方面的专门问题,或某一领域的新算法,现在已经有控制系统、信号处理、图像处理、系统辨识、模糊集合、神经元网络及小波分析等多个工具箱,并且还在继续发展中。
而对于我们信息工程类专业生,学习本课程,重点介绍信号处理、自动控制和通信仿真三个方面的应用,涉及的课程有高等数学,信号与系统、数字信号处理、自动控制原理、数字通信等。
本次课程设计也是在此基础上综合运用所学知识,体现matlab这门语言工具的强大应用功能。
二、作品内容小球弹跳的具体物理模型是:小球在某一初始高度h处,以某一初始速度竖直上抛或者竖直下落,假设速度方向向上时为正,初始速度为正时小球表现为竖直上抛运动,初速度为负时表现为竖直下落运动,不考虑空气的阻力。
但是,由于小球在碰地过程中会有能量损失,所以存在衰减系数k(0<k<1),小球每次落底反弹后速度都会变成原来的k倍。
本次课程设计主要是先利用simulink搭建模型,描绘出小球弹跳的整个静态图形,最后再制作GUI界面,提供用户输入数据,模拟小球弹跳至结束的整个动态过程,体现每个时刻速度与位移的变化。
三、作品的具体实现1、对小球弹跳进行数学建模,以及获得每个时刻小球的位移、速度等数据,需要解决一下问题:(1)、首先应该考虑怎么获得各个时刻速度与位移对应的数据,时间间隔怎么取,考虑到规模比较小,可以规定每隔dt=0.05s个时间取一个时间点,从0时刻到25s取500个点,所以限制了初速度和初始高度的范围,如果超过此范围,小球就不会停下来,不能完成整个过程的仿真。
(2)、小球在y>0,即小球在上升或者下降过程中,均表现为加速度为-g(-9.8)的匀变速运动。
代码部分表示为:v=v0+g*(t-T); %速度y=h+v0*(t-T)+g*(t-T)^2/2; %位移(3)、怎样控制小球在落地时改变速度这一瞬时状态。
在y<=0时代码部分表示为:v0=k*v;T=t; %求取每次落地时所用时间h=0;2、对整个速度、位移数据进行处理,并描绘成动态图像。
主要运用到的命令:(1)、图形窗的内容保持命令hold格式:hold on功能:保持当前图形窗的内容,使后续绘制函数仍可在该图形窗口中完成绘制,完成在一张图中绘制多个图形。
(2)、设置网格线命令grid on格式:grid on功能:对当前坐标图加上网格线(3)、程序暂停命令pause格式:pause(n)功能:暂停程序的执行,n秒钟之后继续执行(4)、设计坐标轴刻度函数axis格式:axis( [xmin,xmax,ymin,ymax])功能:对当前二维图形对象的X轴和Y轴进行标定。
X轴的刻度范围是[xmin,xmax],Y轴的刻度范围是[ymin,ymax]。
(5)、二维图形绘制命令plot格式:plot(1,y,'or','MarkerSize',15,'MarkerFace',[1,0,1])功能:其数据点均用红色圆圈标记,“MarkerSize”表示圆圈的大小为15,模拟小球。
3、simulink系统模型的搭建需要的模块Constant, Scope, Integrate,Gain,IC(1)模块如何在落地时改变初速度值V我们看选项External reset, 其意义是在外部触发条件下重新计算, 点击小三角形, 打开下拉菜单, 可以看到外部触发条件有none( 没有条件) , rising( 上升时) , falling( 下落时) , either( 两者同时) , 我们是选择下落时触发。
由于是选择falling 触发, 因此球落地时触发条件起作用, velocity 模块以落地时速度的0.8 倍反向开始重新积分, 从而实现一次又一次的模拟运动。
初速度的设置还需要有IC, Gain 模块, 模块初值为15( 即开始上抛时的初速度) , 以后则在触发条件生效时则将由当时的速度V算出的新速度- 0.8V 重新输入模块velocity 中作为新的初速度(2)怎样控制在落地时才触发我们需要打开position( 位置) 模块, limit output( 限制输出) 选项意味着何时产生触发条件, 选项中的upper satuationlimit 为inf 意味着无论上抛多高都不会产生触发条件, 而选项中lower satuation limit 为0 意味着位置为零( 即落地时) 输出触发条件。
这个条件通过回路输出到模块velocity 并引起重新计算速度了。
4、GUI界面的设计(1)、系统界面设计工具—GUI概述图形用户界面(graphical user interfaces ,GUI)则是由窗口、光标、按键、菜单、文字说明等对象(objects)构成的一个用户界面。
用户通过一定的方法(如鼠标或键盘)选择、激活这些图形对象,使计算机产生某种动作或变化,比如实现计算、绘图等。
在MATLAB中GUI是一中包含多种对象的图形窗口,并为GUI开发提供一个方便高效的集成开发环境GUIDE。
GUIDE主要是一个界面设计工具集,MAYLAB将所有GUI支持度控件都集成在这个环境中,并提供界面外观、属性和行为响应方式的设置方法。
GUIDE将设计好的GUI保存在一个FIG文件中,同时生成M文件框架。
FIG文件:包括GUI图形窗口及其所有后裔的完全描述,包括所有对象属性的属性值。
它是一个二进制文件调用hsave课保存图形窗口时将生车该文件。
M文件包括GUI设计、控件函数以及定义为子函数的用户控件回调函数,主要用于控制GUI展开时的各种特征。
GUI创建包括界面设计和控件编程两部分,主要步骤如下。
第一步:通过设置GUIDE应用程序的选项来运行GUIDE;第二步:使用界面设计编辑器进行面设计;第三步:编写控件行为响应控制(即回调函数)代码。
(2)、界面设计及使用说明首先我们新建一个GUI文件:File/New/GUI 如下图所示:图15 GUI创建界面选择Blank GUI(Default)。
其次,进入GUI开发环境以后添加两个编辑文本框,3个静态文本框3个动态文本框,和两个个按钮,布置如下图所示;GUI开发环境v0=str2double(get(handles.edit1,'string')); h=str2double(get(handles.edit2,'string')); k=str2double(get(handles.edit3,'string')); axes(handles.axes4);axes(handles.axes1);axes(handles.axes3);系统运行界面总结本次课程设计,基本上完成了最初的作业任务。
并且在原来基础上更加深入的修改和完善了,使作品内容更加丰富,层次鲜明。
本次作业难点在于simulink模块的搭建以及动态实现的方法,simulink这一部分实践的比较少,而且是全英文的应用软件,所以用起来比较陌生,花了不少时间和精力,虽然找了不少资料,但在理解和应用上也有一点的难度,这期间找了很多同学帮忙。
至于制作GUI界面这一部分,总体上还算是比较顺利,参照了其他范例,最终确立了自己的思路,不过在程序运行之后,自己思考和分析了很多问题,即本次设计的缺陷所在,由于整个过程不遵循能量守恒,又存在三个初始变量,所以无法估算出小球在多少时间内能够完成整个过程,所以对用户输入的初始数据实际上还是有一点的限制的。
最后感谢指导老师和同学的帮助。
参考文献1、朱衡君,MATLAB语言及实践教程第二版。
清华大学:北京交通大学出版社,20092 、唐向宏,岳恒立,郑雪峰,MATLAB及在电子信息类课程中的应用第二版,电子工业出版社,20093、周小兰,《基于MatlabSimulink的小球弹跳仿真及动画实现》4 、张磊,毕靖,郭莲英.MATLAB实用教程.北京:人民邮电出版社,20085 、张威.MATLAB基础与编程入门.西安:西安电子科技大学出版社,20066 、周利清,苏菲.数字信号处理基础.北京:北京邮电大学出版社,2005指导教师评语。