Алгоритм построения графика изменения напряженности поля движущейся заряженной частицы

Курсовая робота

по дисциплине «Алгоритмические языки»

на тему:

Расчет изменения напряженности поля движущейся заряженной частицы

План

1.  Постановка задачи.

2.  Таблица символических имен.

3.  Блок-схемы главной функции main и других функций, которые вызываются из main.

4.  Текст программы на языке Си. Результаты в виде таблиц и графиков.

Вывод.

Список использованной литературы.

1. Постановка задачи

Описать массив структур из 3-х элементов. Каждая структура объединяет данные для одного варианта расчета.

Необходимо для каждого варианта на отрезке времени от 0 до T с шагом ∆t построить график изменения напряженности поля движущейся заряженной частицы. Её величина определяется выражением:

где

e – заряд частицы;

v – скорость;

α – угол между направлением скорости и прямой, проведенной от частицы в данную точку поля.

α =π/2

Заряд частицы и скорость её движения изменяются во времени:

Здесь:

e₀, k₀, с – заданные константы.

v₀, r – заданные константы.

Исходные данные считывать из файла. Результаты расчетов занести в другой файл. Предусмотреть отдельные функции для вычисления k, e, v.

Исходные данные:

1.  Вариант №1

T=1 c

∆t=0.05 c

e₀=1*10^-9 к

k₀=0.01

с=0,1

v₀=1000 м/с

r=2

R=0,001 м

2.  Вариант №2

T=1 c

∆t=0.05 c

e₀=1*10^-9 к

k₀=0.01

с=0,1

v₀=1200 м/с

r=1,5

R=0,002 м

3.  Вариант №3

T=1 c

∆t=0.05 c

e₀=1*10^-9 к

k₀=0.01

с=0,1

v₀=1500 м/с

r=0,7

R=0,003 м

2. Таблица символических имен

Глобальные переменные
N	Количество вариантов, результаты которых необходимо вычислить.
T	Врем я окончания эксперимента. Исчисляется в секундах.
dt	Шаг, с которым изменяется время.
e0	Заданные константы.
k0
c
v0
r
R
mas[N]	Массив структур, в котором хранятся заданные константы.
*ptt	Массив указателей на значения времени t.
*pHH	Массив указателей на значения функции H.
N_[N]	Массив, в котором мы храним длины массивов.

Функция main
i	Временные переменные. Счетчики.
l
j
e	Заряд частицы. С её помощью вычисляется H.
v	Скорость частицы. С её помощью вычисляется H.
H	Напряженность поля движущейся частицы.
alfa	Угол между направлением скорости и прямой, проведенной от частицы в данную точку поля.α=∏/2
t	Время.
res	Файл, в который заносятся результаты эксперимента.

Функция chtenie_dannih
a[]	Массив структур, который нужно прочитать из файла.
i	Временная переменная. Счетчик.
f	Файл с исходными данными.

Функция eee
k0	Заданные константы.
c
e0
t	Время.
T	Время окончания эксперимента.
k	Параметр, от которого зависит заряд частицы и который изменяется во времени.
res_e	Заряд частицы в текущее время t. Временная переменная.

Функция kkk
k0	Заданные константы.
c
t	Время.
T	Время окончания эксперимента.
res_k	Значение параметра k текущее время t. Временная переменная.

Функция vvv
v0	Заданные константы.
r
t	Время.
T	Время окончания эксперимента.
res_v	Скорость движения частицы в текущее время t. Временная переменная.

Функция vivod_grafikov
xmax	Максимальная ширина графика.
ymax	Максимальная высота графика.
xmin	Отступы от краёв экрана.
ymin
x_tek	Текущие координаты.
y_tek
x_pred	Предыдущие координаты.
y_pred
i	Временная переменная. Счетчик.
st[20]	Строка символов. Временная переменная.
minH	Минимальное значение функции Н.
maxH	Максимальное значение функции Н.

3. Блок-схемы главной функции main и других функций, которые вызываются из main

1.  Функция main.

2.  Функция chtenie_dannih.

3.  Функция eee.

4.  Функция kkk.

5.  Функция vvv.

6.  Функция vivod_grafikov.

4. Текст программы на языке Си. Результаты в виде таблиц и графиков

Текст программы на языке Си.

#include <stdio.h>

#include <math.h>

#include <alloc.h>

#include <conio.h>

#include <graphics.h>

#define N 3

struct variant

{

double T;

double dt;

double e0;

double k0;

double c;

double v0;

double r;

double R;

} mas[N];

double*ptt[N];

double*pHH[N];

int N_[N];

void chtenie_dannih(struct variant a[]);

double eee(double k0,double c,double e0,double t,double T);

double kkk(double k0,double c,double t,double T);

double vvv(double v0,double r,double t,double T);

void vivod_grafikov(int a,double*ptt,double*pHH,int N_);

//---------------------------------------------------------------------------

void main()

{

FILE *res;

int i,l,j;

double e,v,H,t;

double alfa=M_PI/2;

res=fopen("result.txt","w");

clrscr();

chtenie_dannih(mas);//s4itivaem dannie

puts("Vvedite, pogalyista, vawe ljubimoe chislo:");

scanf("%f",&H);

//tabyliryem fynkciju

for(i=0;i<N;i++)

{

N_[i]=((int)(mas[i].T/mas[i].dt))+2;

ptt[i]=(double*)malloc(N_[i]*sizeof(double));

pHH[i]=(double*)malloc(N_[i]*sizeof(double));

for(t=0,l=0;t<=mas[i].T+1e-5;t+=mas[i].dt,l++)

{

e=eee(mas[i].k0,mas[i].c,mas[i].e0,t,mas[i].T);

v=vvv(mas[i].v0,mas[i].r,t,mas[i].T);

H=e*v*sin(alfa)/pow(mas[i].R,2.0);

ptt[i][l]=t;

pHH[i][l]=H;

fprintf(res,"H(%lf)=%lf\n",t,H);

}

N_[i]=l;

fprintf(res,"\n");

}

fclose(res);

fflush(stdin);

//vivodim grafiki

for(i=0;i<N;i++)

{

vivod_grafikov(i,ptt[i],pHH[i],N_[i]);

getchar();

}

}

//---------------------------------------------------------------------------

void chtenie_dannih(struct variant a[])

{

int i;

FILE*f = fopen("ish.txt","r");

for(i=0;i<N;i++)

{

fscanf(f,"%lf",&a[i].T);

fscanf(f,"%lf",&a[i].dt);

fscanf(f,"%lf",&a[i].e0);

fscanf(f,"%lf",&a[i].k0);

fscanf(f,"%lf",&a[i].c);

fscanf(f,"%lf",&a[i].v0);

fscanf(f,"%lf",&a[i].r);

fscanf(f,"%lf",&a[i].R);

}

fclose(f);

}

//---------------------------------------------------------------------------

double eee(double k0,double c,double e0,double t,double T)

{

double k=kkk(k0,c,t,T);

double res_e;

if(t<=T/4)

res_e=e0*(1-exp(-k*t));

else

res_e=e0*(1-exp(-k*T/4));

return res_e;

}

//---------------------------------------------------------------------------

double kkk(double k0,double c,double t,double T)

{

double res_k;

if(t<=T/8)

res_k=k0*(1+exp(-c*t));

else

res_k=k0*(1+exp(-c*T/8));

return res_k;

}

//---------------------------------------------------------------------------

double vvv(double v0,double r,double t,double T)

{

double res_v;

if(t<=T/2)

res_v=v0*(1+exp(-r*t));

else

res_v=v0*(1+exp(-r*T/2));

return res_v;

}

//---------------------------------------------------------------------------

void vivod_grafikov(int a,double*ptt,double*pHH,int N_)

{

int gdriver = DETECT, gmode, errorcode;

int xmax,ymax;//maksimalnie koordinatu x - shir, y - visota

int xmin,ymin;//otstupi ot kraev

int x_tek,y_tek;//tekushie koordinati

int x_pred,y_pred;//predidushie koordinati

int i;

char st[20];

double minH,maxH;//krajnie znachenija H

initgraph(&gdriver, &gmode, "f:\\turbocpp\\bgi");

//ystanavlivaem otstypi ot kraev

xmin = 85;

ymin = 15;

//ystanavlivaem maksimalnie koordinati x i y

xmax = getmaxx()-20;

ymax = getmaxy()-20;

//nahodim maksimalnoe i minimalnoe H

maxH = minH = pHH[0];

for(i=0;i<N_;i++)

{

minH = (pHH[i]<minH)?pHH[i]:minH;

maxH = (pHH[i]>maxH)?pHH[i]:maxH;

}

//zalivaem fon

setfillstyle(SOLID_FILL,7);

bar(0,0,getmaxx(),getmaxy());

//vivodim nomer varianta

setcolor(2);

sprintf(st,"Variant No %d",a+1);

outtextxy(0,4,st);

//4ertim osi

setcolor(0);

line(xmin,ymin,xmin,ymax);//os' oy

line(xmin,ymax,xmax,ymax);//os' ox

//risyem strelo4ki

line(xmin,ymin,xmin+3,ymin+5); // Y \

line(xmin,ymin,xmin-3,ymin+5); // Y /

line(xmax,ymax,xmax-5,ymax-3); // X \

line(xmax,ymax,xmax-5,ymax+3); // X /

//podpisivaem osi

setcolor(6);

outtextxy(xmin+6,ymin,"H");

outtextxy(xmax,ymax-10,"t");

//4ertim i podpisivaem delenija po osi oy

setcolor(0);

settextstyle(SMALL_FONT,HORIZ_DIR,4);

for(y_tek=ymax-20;y_tek>ymin+10;y_tek-= 20)

{

line(xmin-2,y_tek,xmin+2,y_tek);

sprintf(st,"%0.5lf",maxH-(y_tek-ymin)*(maxH-minH)/(ymax-ymin));

outtextxy(xmin-70,y_tek-6,st);

}

//4ertim i podpisivaem delenija po osi ox

for(i=0;i<N_;i++)

{

x_tek=xmin+((ptt[i]-ptt[0])*(xmax-xmin)/(ptt[N_-1]-ptt[0]));

line(x_tek,ymax-2,x_tek,ymax+2);

if(i%3==0)

{

sprintf(st,"%0.2lf",ptt[0]+(x_tek-xmin)*(ptt[N_-1]-ptt[0])/(xmax-xmin));

outtextxy(x_tek-3,ymax+4,st);

}

}

//risyem grafik

setcolor(1);

x_pred=xmin;

y_pred=ymax;

for(i=0;i<N_;i++)

{

x_tek=xmin+((ptt[i]-ptt[0])*(xmax-xmin)/(ptt[N_-1]-ptt[0]));

y_tek=(int)((pHH[i]-minH)*(ymax-ymin)/(maxH-minH));

y_tek=ymax-y_tek;

line(x_pred,y_pred,x_tek,y_tek);

x_pred=x_tek;

y_pred=y_tek;

}

}

Результаты в виде таблиц и графиков.

Ø 1-й вариант

Исходные данные:

T=1 c

∆t=0.05 c

e₀=1*10^-9 к

k₀=0.01

с=0,1

v₀=1000 м/с

r=2

R=0,001 м

Результаты программы:

H(0.000000)=0.000000

H(0.050000)=0.001899

H(0.100000)=0.003616

H(0.150000)=0.005182

H(0.200000)=0.006627

H(0.250000)=0.007963

H(0.300000)=0.007677

H(0.350000)=0.007418

H(0.400000)=0.007184

H(0.450000)=0.006972

H(0.500000)=0.006780

H(0.550000)=0.006780

H(0.600000)=0.006780

H(0.650000)=0.006780

H(0.700000)=0.006780

H(0.750000)=0.006780

H(0.800000)=0.006780

H(0.850000)=0.006780

H(0.900000)=0.006780

H(0.950000)=0.006780

H(1.000000)=0.006780

 

Результаты в Excel:

t	k	e	v	H
0	0,02	0	2000	0
0,05	0,019950125	0,0000000000010	1904,837	0,001899
0,1	0,019900498	0,0000000000020	1818,731	0,003616
0,15	0,019875778	0,0000000000030	1740,818	0,005182
0,2	0,019875778	0,0000000000040	1670,32	0,006627
0,25	0,019875778	0,0000000000050	1606,531	0,007963
0,3	0,019875778	0,0000000000050	1548,812	0,007677
0,35	0,019875778	0,0000000000050	1496,585	0,007418
0,4	0,019875778	0,0000000000050	1449,329	0,007184
0,45	0,019875778	0,0000000000050	1406,57	0,006972
0,5	0,019875778	0,0000000000050	1367,879	0,00678
0,55	0,019875778	0,0000000000050	1367,879	0,00678
0,6	0,019875778	0,0000000000050	1367,879	0,00678
0,65	0,019875778	0,0000000000050	1367,879	0,00678
0,7	0,019875778	0,0000000000050	1367,879	0,00678
0,75	0,019875778	0,0000000000050	1367,879	0,00678
0,8	0,019875778	0,0000000000050	1367,879	0,00678
0,85	0,019875778	0,0000000000050	1367,879	0,00678
0,9	0,019875778	0,0000000000050	1367,879	0,00678
0,95	0,019875778	0,0000000000050	1367,879	0,00678
1	0,019875778	0,0000000000050	1367,879	0,00678

Ø 2-й вариант

Исходные данные:

T=1 c

∆t=0.05 c

e₀=1*10^-9 к

k₀=0.01

с=0,1

v₀=1200 м/с

r=1,5

R=0,002 м

Результаты программы:

 

H(0.000000)=0.000000

H(0.050000)=0.000577

H(0.100000)=0.001110

H(0.150000)=0.001606

H(0.200000)=0.002072

H(0.250000)=0.002509

H(0.300000)=0.002435

H(0.350000)=0.002367

H(0.400000)=0.002303

H(0.450000)=0.002244

H(0.500000)=0.002189

H(0.550000)=0.002189

H(0.600000)=0.002189

H(0.650000)=0.002189

H(0.700000)=0.002189

H(0.750000)=0.002189

H(0.800000)=0.002189

H(0.850000)=0.002189

H(0.900000)=0.002189

H(0.950000)=0.002189

H(1.000000)=0.002189

Результаты в Excel:

T	k	e	v	H
0	0,02	0	2400	0
0,05	0,019950125	0,00000000000100	2313,292	0,000577
0,1	0,019900498	0,00000000000199	2232,85	0,00111
0,15	0,019875778	0,00000000000298	2158,219	0,001606
0,2	0,019875778	0,00000000000397	2088,982	0,002072
0,25	0,019875778	0,00000000000496	2024,747	0,002509
0,3	0,019875778	0,00000000000496	1965,154	0,002435
0,35	0,019875778	0,00000000000496	1909,866	0,002367
0,4	0,019875778	0,00000000000496	1858,574	0,002303
0,45	0,019875778	0,00000000000496	1810,988	0,002244
0,5	0,019875778	0,00000000000496	1766,84	0,002189
0,55	0,019875778	0,00000000000496	1766,84	0,002189
0,6	0,019875778	0,00000000000496	1766,84	0,002189
0,65	0,019875778	0,00000000000496	1766,84	0,002189
0,7	0,019875778	0,00000000000496	1766,84	0,002189
0,75	0,019875778	0,00000000000496	1766,84	0,002189
0,8	0,019875778	0,00000000000496	1766,84	0,002189
0,85	0,019875778	0,00000000000496	1766,84	0,002189
0,9	0,019875778	0,00000000000496	1766,84	0,002189
0,95	0,019875778	0,00000000000496	1766,84	0,002189
1	0,019875778	0,00000000000496	1766,84	0,002189

Ø 3-й вариант

Исходные данные:

T=1 c

∆t=0.05 c

e₀=1*10^-9 к

k₀=0.01

с=0,1

v₀=1500 м/с

r=0,7

R=0,003 м

Результаты программы:

 

H(0.000000)=0.000000

H(0.050000)=0.000327

H(0.100000)=0.000640

H(0.150000)=0.000943

H(0.200000)=0.001236

H(0.250000)=0.001520

H(0.300000)=0.001496

H(0.350000)=0.001473

H(0.400000)=0.001450

H(0.450000)=0.001429

H(0.500000)=0.001408

H(0.550000)=0.001408

H(0.600000)=0.001408

H(0.650000)=0.001408

H(0.700000)=0.001408

H(0.750000)=0.001408

H(0.800000)=0.001408

H(0.850000)=0.001408

H(0.900000)=0.001408

H(0.950000)=0.001408

H(1.000000)=0.001408

Результаты в Excel:

t	k	e	v	H
0	0,02	0	3000	0
0,05	0,019950125	0,000000000000997	2948,408	0,000327
0,1	0,019900498	0,000000000001988	2898,591	0,00064
0,15	0,019875778	0,000000000002977	2850,487	0,000943
0,2	0,019875778	0,000000000003967	2804,037	0,001236
0,25	0,019875778	0,000000000004957	2759,186	0,00152
0,3	0,019875778	0,000000000004957	2715,876	0,001496
0,35	0,019875778	0,000000000004957	2674,057	0,001473
0,4	0,019875778	0,000000000004957	2633,676	0,00145
0,45	0,019875778	0,000000000004957	2594,683	0,001429
0,5	0,019875778	0,000000000004957	2557,032	0,001408
0,55	0,019875778	0,000000000004957	2557,032	0,001408
0,6	0,019875778	0,000000000004957	2557,032	0,001408
0,65	0,019875778	0,000000000004957	2557,032	0,001408
0,7	0,019875778	0,000000000004957	2557,032	0,001408
0,75	0,019875778	0,000000000004957	2557,032	0,001408
0,8	0,019875778	0,000000000004957	2557,032	0,001408
0,85	0,019875778	0,000000000004957	2557,032	0,001408
0,9	0,019875778	0,000000000004957	2557,032	0,001408
0,95	0,019875778	0,000000000004957	2557,032	0,001408
1	0,019875778	0,000000000004957	2557,032	0,001408

Выводы

Выполняя курсовую работу, разработан алгоритм программы на языке Си, которая вычисляет и рисует график изменения напряженности поля движущейся заряженной частицы на интервале времени [0,T].

Результаты программы заносятся в файл «RESULT.txt».

Работоспособность алгоритма и программы проверена на контрольных примерах.

Список использованной литературы

1.  «Язык программирования Cи» 2-е изд. М.: «Вильямс»

Керниган Б., Ритчи Д.

2.  «Полный справочник по C» 4-е изд. М.: «Вильямс»

Шилдт Г.

3.  «Программирование на языке Cи» 3-е изд. М.: «Вильямс»

Кочан С.