Python可视化和动画模拟物理

物理学是一门经验科学。 它基于实验可验证的结果，并试图用定量模型来描述自然的基本现象。 这些定量模型大多由数学方程表示，这些数学方程将不同的物理量相互联系起来，因此被称为物理定律。

物理量的表示

物理定律表达了物理量之间的关系。 物理系统的可定量确定的性质称为物理量。 物理量有一个量纲，如果你想为一个物理量指定一个具体的值，那么这个值就是由度量与度量单位的乘积组成的。 无论何时进行物理计算，都应随身携带测量单位并用它们进行数学运算。 这可确保在计算结束时数值和测量单位匹配。 但是，在使用计算机进行计算时，您不能像在纸上那样简单地随身携带测量单位。 因此，建议遵守以下规则：

• 如果可能，在程序中分配变量名称，这些名称与您也将在手动计算中使用的物理量的名称密切相关。
• 在大多数情况下，最好用浮点数表示物理量。
• 如果可能，请始终以 SI 基本单位或相应的派生单位指定数量，不带十进制前置因子。
• 使用注释更详细地解释尺寸，并始终在注释中包含单位。 使用科学记数法来表示十的幂。
• 如果要以与基本单位不同的单位或这些单位的组合来表示数量，则应仅在输出时对其进行转换。
• 输出结果时，请考虑有效小数位数。

让我们考虑以下算术问题：地球是近似球形的，半径为 $R=6371\mathrm{k}\mathrm{m}$，质量为 $m=5,972\cdot 10^{24}\mathrm{k}\mathrm{g}$，以 $\mathrm{g}/{\mathrm{c}\mathrm{m}}^3$ 为单位计算地球的平均密度。 通过手动计算，人们首先会写下球体的体积 $V$ 和密度的定义 $\rho$ 的方程：

$$V=\frac{4}{3}\pi R^3\rho =\frac{m}{V}$$

然后将体积表达式代入密度方程并简化表达式。 然后插入数值和单位，然后计算数值和单位：

$$\rho =\frac{m}{\frac{4}{3}\pi R^3}=\frac{3m}{4\pi R^3}=\frac{3\cdot 5,972\cdot 10^{24}\mathrm{k}\mathrm{g}}{4\pi {\left(6371\cdot 10^3\mathrm{m}\right)}^3}=5513\frac{\mathrm{k}\mathrm{g}}{{\mathrm{m}}^3}=5,513\frac{\mathrm{g}}{{\mathrm{c}\mathrm{m}}^3}$$

其Python代码如下：

#”””Calculation of the mean density of the earth.. ”””

 import math

 R = 6371e3 # Mean radius of the earth [m].
 m = 5.972e24 # Mass of the earth [kg].

 V = 4 / 3 * math.pi * R**3 # Calculation of the volume.
 rho = m / V # Calculating the density.

 print(f'The mean earth density is {rho/1e3:.3f} g / cm³.')

如果您忽略上面给出的规则，您将得到以下程序，它甚至更短一行并且也正确地解决了问题。

详情参阅 - 亚图跨际