python - 粒子与盒子内壁的碰撞

Question

我想模拟盒子内的粒子运动。当粒子撞击盒子中 4 个墙壁之一时，我希望它们反弹回来。弹性碰撞【碰撞后速度变化图】[1]

编辑

添加了更多代码。更改了 (x,y,z) 限制的测试。我知道当粒子撞击墙壁时，平行于墙壁的速度将保持不变，但垂直于墙壁的速度将变为 -v_perpendillary_vel_before

完整代码

fig0 = plt.figure()
fig1 = plt.figure()

n = 1000 # time steps

M = 1000. #[kg]
N = 1000 #10**5 
a = 0

Answer 1

我无法重现运行，因为您还没有发布完整的代码；我是通过目视检查来做到这一点的。

除此之外，您还没有定义变量k、T、m，因此我不知道速度的大小。上限是否足够高以使粒子完全跳过碰撞？如果 v*dt > tol*2，则完全可以错过碰撞。当我编写这样的代码时，我确保 tol 受到最大变化的限制。

除此之外，您的位置更新是正确的。

当您使用单个粒子运行此程序时会发生什么？你能让它从三堵墙上弹开吗？当你手工编码两个粒子沿单一维度相互直冲时会发生什么？我想您在加载 10000 个粒子之前测试了这些基本功能。

我不确定您的代码中的L是什么；我唯一合理的想法是它是盒子尺寸的上限，我在你的绘图上将其读为 1.2^10-6。

我发现的最大问题是您的唯一碰撞检查是针对盒子的 x+ 侧。你还没有检查任何东西的其他维度或下限(0？)，并且没有一个粒子与另一个粒子的比较。因此，您将得到的唯一变化是让大约一半的粒子撞击右侧墙壁 (x+) 并反转方向。除此之外，一切都将永远漂移，x 值不断减小。

<小时/>

处理弹跳

首先，使速度和位置表达式彼此同步:每个表达式都应该是一个三元组(元组或列表)，以便您可以将它们一起索引。目前，您将它们作为粒子列表的第二个索引(好主意)，但在其他地方有三个单独的变量(坏主意)。相反，使 newVel 成为一个列表，这样您就可以简单地循环遍历粒子并更新:

for dim in range(3):
    if r[i, dim] < tol or        # hit the lower wall
       r[i, dim] > b - tol:      # hit the upper wall
        v[i, dim] = -v[i, dim]

另外，请适当更新职位；不需要涉及本地临时变量:

for dim in range(3):
    r[i, dim] += v[i, dim] * dt

<小时/>

编写一些服务函数

编写一些通用函数通常会有所帮助，只是为了让它们在您编写主代码时不妨碍您。目前，您正在处理很多细节，而您应该一次只担心一种技术。例如，由于您要处理粒子碰撞，因此您需要进行距离计算。不要将其保留在事件代码的中间；只需编写一个函数即可完成此操作。例如:

def dist(a, b):      # a, b are positions: triples of coordinates
    return math.sqrt(sum([(a[dim] - b[dim])**2 for dim in range(3)]))

我不会评论如何实现粒子碰撞，因为您还没有表现出任何解决问题的努力，而且您还没有到攻击该扩展的地步。首先，让这部分工作:一个粒子弹跳，然后两个粒子弹跳，然后可能是 4 个粒子，以表明您可以对任意数量的粒子执行此操作。

一旦你有了这个，你就可以担心粒子碰撞了。 当你达到这一点时，好好尝试一下；如果您遇到困难，请发布新问题。