Archiv verlassen und diese Seite im Standarddesign anzeigen : einfaches Gasmodell
Ich werde in meinem Praktikum von einer Ecke der Wissenschaft in die Andere getrieben ;)
es geht um Folgendes
ich soll graphisch Kohlenstoff Aufstieg und Niederschlag über einem Gebiet simulieren.
Im Prinzip geht es nur um die Animation, die authentisch rüberkommen soll
aber ich habe zu der Physik keinen blassen Schimmer
Beispiele im Netz wie das hier (http://www.schulphysik.de/java/physlet/applets/druck1.html) entsprechen nicht so meiner Vorstellung.
Die (erste brauchbare) Idee die ich hatte, wäre einfach n Teilchen zu nehmen
die zu einem zufälligen Zeitpunkt jeweils auf der Horizontalen starten inkl. einer zufälligen Geschwindigkeit, um dann vertikal zu wandern je Zeiteinheit
...ok das wird bescheiden aussehen
velleicht hat da ja jmd. nen Vorschlag, wie gesagt, so simpel wie möglich
Grüße
pest :)
Kohlenstoff ist auf der Erde normalerweise ein Festkörper. Meinst du Kohlenstoffdioxid? Oder Aerosole?
In welchem Maßstab? "Über einem Gebiet" hört sich für mich eher nach Klimaforschung/Wetter als nach Physik an.
meinen tue ich den Kohlenstoffkreislauf, was dann wohl explizit dem Transport von CO2 aufgrund von Assimilation und Respiration entspricht
(habe mich mit den Grundlagen noch nicht beschäftigt)
In welchem Maßstab? "Über einem Gebiet" hört sich für mich eher nach Klimaforschung/Wetter als nach Physik an.
1 ha, also rel. klein. Es soll nur sinnbildlich sein
http://scrink.com/blog/enviro/uploaded_images/502px-Carbon_cycle-cute_diagram.svg-728391.png
also irgendwelche Massepunkte die auf den Boden sinken und wieder aufsteigen
soll halt chick sein, vielleicht hat ja jmd. ne Idee, die besser als meine ist
Ich würde dafür keine Animation nehmen. Es gibt da keine Reihenfolge und keine sinnvolle Einheit, die man animiert darstellen könnte. Man kann die Pfeile animieren, aber das ist nur Spielerei ohne Sinn.
Einzelne Atome animieren ist blöd, die kann man nicht realistisch simulieren und jede Vereinfachung ergibt irgendwelche falschen Vorstellungen, die durch die Animation besonders betont werden. Gegenüber einem statischen Bild mit Pfeilen hat man nur Nachteile.
Aber soweit ich dich jetzt verstanden hab, ist das wohl deine Aufgabe...
Dabei gibt es durchaus sinnvolle Möglichkeiten für Animation bei dem Thema:
Man könnte eventuell zu jeder Umwandlung eine Animation anbieten, die zeigt wie diese Umwandlung abläuft. Oder eine Animation wie sich die Anteile in der Erdgeschichte verändert haben.
das Schaubild zeigt mehr als ich machen soll (und es soll als Animation sein)
im Prinzip nur der Teil mit dem Wald, also einmal Animation: Atmosphäre->Wald und einmal Wald->Atmosphäre (erstmal unabhängig von der Beschaffenheit des Gebietes)
Prof hatte sich irgendwelche "Seifenblasen" vorgestellt (soviel zu falschen Vorstellungen ;)), aber ich will erstmal nur mit Massepunkten arbeiten.
Mir fehlt halt einfach ne Vorstellung wie (und unter welchen Gesetzen) man das "realistisch" aussehen lassen kann.
Ich bin der Meinung das meine Variante vielleicht ganz passable Ergebnisse liefert wenn ich mit den Zufallsbereichen ein wenig rumgespielt habe.
Ob eine reine vertikale Bewegung der Gasteilchen brauchbare Ergebnisse liefert ist was anderes, aber es soll auch nur sinnbildlich sein, und mich auch nicht von meiner eigentlichen Arbeit zu sehr ablenken ;)
wenn meine Idee funktioniert könnte man noch sowas wie (Atmosphären-)Druck unter der Annahme eines kinematischen Gasmodell einbauen, vielleicht ist das brauchbar
ich habe mal ein bisschen rumgespielt
hier (http://www.dateihochladen.de/load.php?id=53ab2af7c04f318) gibts ein kleines Delphi-Programm (gepackt mit WinRAR)
http://www.abload.de/img/modell216r.png
die große Frage ist jetzt was besser ausschaut
Geburtenrate 0.02 und Sterbevariante 1
oder Geburtenrate 0.2, Sterbevarainte 2 mit Sterberate 0.05 ?
:)
niemand ne Meinung? schade
hab noch ne gepimpte Variante...
ich habe das ganze jetzt noch erweitert
http://www.abload.de/img/modell8z6s.png
Mit dem Blend-Parameter wird die Intensität exponentiell angepasst
wobei man dadurch die verschiedenen Sterbevarianten rausnehmen könnte
da Variante 1 ab einer bestimmten Zeile + Unsicherheitsintervall sterben lässt
und Variante 2 zufällig sterben lässt.
Ich denke in der Natur folgt das eher einem Zerfallsprozess
Genauso ist Velocity: [x]random nur Spielerrei da die Moleküle sich annähernd
gleich schnell bewegen sollten, zumindest eher abhängig vom Umgebungsdruck
den man hier vernachlässigen kann
naja, und man kann das Ganze als AVI speichern :)
wobei man das Frame-Delay mit dem FPS-Parameter koppeln sollte
zumindest kann man jetzt wirklich witzige Dinge ausprobieren
ala Wirbelsturm oder Regen...
wenn also jmd. den Code brauch weil er wissen will
wie Offscreen-Rendering und ein Partikelsystem ;D in Delphi funktionieren
sagt Bescheid
Also als Animation ist das vllt. schön - hat aber nicht wirklich den korrekten physikalischen Hintergrund, den ich allerdings hier auch zur Darstellung einfach nur übertrieben finde.
Physikalisch korrekt würden sich die Moleküle gemäß der Maxwell-Boltzmann-Verteilung (in alle Richtungen) bewegen, wobei der Gesamtimpuls in die Richtung des "Teilchenstromes" zeigen würde, außerdem kommt es zu etlichen Kollisionen etc. - wie gesagt, wäre zur Darstellung des Kohlenstoffkreislaufes wohl massiv Overkill ^^
Physikalisch korrekt würden sich die Moleküle gemäß der Maxwell-Boltzmann-Verteilung (in alle Richtungen) bewegen, wobei der Gesamtimpuls in die Richtung des "Teilchenstromes" zeigen würde
das habe ich mir auch schon angeschaut, und es scheint nicht zu kompliziert
um es zu implementieren. Prob ist nur das ich nicht weiß wie ich in diese Verteilug dann die Schwerkraft der Erde einbaue, da sich die Teilchen ja dadurch
nicht zufällig in jede Raumrichtung bewegen.
Naja, wirklich zeigen? Auf jedes Teilchen wirkt eine Gravitationskraft die direkt nach unten gerichtet ist, alledings kommt es dann zu einer sehr hohen Teilchenkonzentration am Erdboden, gemäß dem Fickschen Gesetz kommt es zu Diffusionsströmen: -D*grad(n), solange bis sich die Ströme, bewirkt duch die Gravitation und die Diffusion, ausgleichen. (Man müsste eigentlich so auch zur barometrischen Höhenformel kommen) - inwiefern das noch mit dem Kohlenstoffkreislauf zu tun hat - in meinen Augen gar nicht, es ist ja nicht so, dass das CO2 links im Bild aufsteigt, oben nach rechts wandert und dort herunterfällt. Es verteilt sich fröhlich in der gesamten Atmosphäre und trifft hier und dort mal auf Reaktionspartner (ok die Reaktionsgeschwindigkeit ist abhängig von Druck und Konzentration, aber das ist schon so abstrakt) - also bleib bei deiner Animation, auch wenn sie nicht sehr korrekt ist.
(Oder du lässt zwei Gase die der barometrischen Höhenformel und Boltzman-Maxwell Verteilung gehorchen in einen Behälter (unterschiedliche Farben) und das eine "reagiert" (verschwindet) wenn es auf symbolisch dargestellte Bäume zB trifft, wobei halt das eine Gas CO2 und das andere halt alles Andere ist, das wird aber vermutlich aufwendig zu programmieren, irgendwo muss natürlich auch eine CO2 Quelle sein ^^)
Naja, wirklich zeigen? Auf jedes Teilchen wirkt eine Gravitationskraft die direkt nach unten gerichtet ist, alledings kommt es dann zu einer sehr hohen Teilchenkonzentration am Erdboden, gemäß dem Fickschen Gesetz kommt es zu Diffusionsströmen: -D*grad(n), solange bis sich die Ströme, bewirkt duch die Gravitation und die Diffusion, ausgleichen. (Man müsste eigentlich so auch zur barometrischen Höhenformel kommen) - inwiefern das noch mit dem Kohlenstoffkreislauf zu tun hat - in meinen Augen gar nicht, es ist ja nicht so, dass das CO2 links im Bild aufsteigt, oben nach rechts wandert und dort herunterfällt. Es verteilt sich fröhlich in der gesamten Atmosphäre und trifft hier und dort mal auf Reaktionspartner (ok die Reaktionsgeschwindigkeit ist abhängig von Druck und Konzentration, aber das ist schon so abstrakt) - also bleib bei deiner Animation, auch wenn sie nicht sehr korrekt ist.
(Oder du lässt zwei Gase die der barometrischen Höhenformel und Boltzman-Maxwell Verteilung gehorchen in einen Behälter (unterschiedliche Farben) und das eine "reagiert" (verschwindet) wenn es auf symbolisch dargestellte Bäume zB trifft, wobei halt das eine Gas CO2 und das andere halt alles Andere ist, das wird aber vermutlich aufwendig zu programmieren, irgendwo muss natürlich auch eine CO2 Quelle sein ^^)
Also Zeit habe ich nicht wirklich das zu implementieren, aber vielleicht passiert es noch. Meine Idee entspricht eher Letzterem
Ein Problem habe ich noch mit der Geschwindigkeitsverteilung. Ich habe das jetzt so verstanden, das wenn
ich z.B. n gleichverteilte Teilchen nehme und die in einen Behälter unter der Annahme eines idealen Gases elastische Stöße durchführen lasse, müsste sich irgendwann eine Boltzmann-Maxwell Geschwindigkeits-Verteilung einstellen :confused:
die Gravitation würde ich einfach als Konstante auf meine Ortsvektoren draufaddieren. Für die Quellen von Gasteilchen habe ich auch schon ne Idee.
Also Zeit habe ich nicht wirklich das zu implementieren, aber vielleicht passiert es noch. Meine Idee entspricht eher Letzterem
Ein Problem habe ich noch mit der Geschwindigkeitsverteilung. Ich habe das jetzt so verstanden, das wenn
ich z.B. n gleichverteilte Teilchen nehme und die in einen Behälter unter der Annahme eines idealen Gases elastische Stöße durchführen lasse, müsste sich irgendwann eine Boltzmann-Maxwell Geschwindigkeits-Verteilung einstellen :confused:
die Gravitation würde ich einfach als Konstante auf meine Ortsvektoren draufaddieren. Für die Quellen von Gasteilchen habe ich auch schon ne Idee.
Ich hätte da was für dich, Phun (http://www.phunland.com/wiki/Home)- ne 2D Physics Sandbox. Und zwar kannst du damit viele kleine Kügelchen machen in 2 Verschiedenen Farben und dann eine verschwinden lassen, wenn sie auf Baum-Polygone trifft. Gravitation ist auch dabei :). Ich hab mich mal ein wenig damit gespielt:
Bild1 (http://pickhost.eu/images/0001/9714/Phys1.png)
Ich hab die Dichte ein wenig zu niedrig angesetzt, deswegen gibts keine schöne Verteilung mit mehreren unten.
Die roten Teilchen verschwinden sobald sie mit dem blauen Ding in der Mitte kollidieren, von oben kommen immer wieder neue Rote dazu:
Bild2 (http://pickhost.eu/images/0001/9715/Phys2.png)
Wichtig ist, dass ALLE Wände & Teilchen Restitution 1.00 haben, andernfalls kommt es zu inelastischen Stößen und du hast am Ende alle Teilchen am Boden liegen. Bei der Teilchendichte ruhig mit den Nullern nicht sparen, damit musst dich halt spielen. Echte werte sind wegen dem Maßstab irgendwie Sinnlos. Ach ja, das mit dem verschwinden hab ich so gelößt: Alles ist als Immortal ausgewählt, außer den roten Teilchen, das Polygon ist ein Killer. Das Zahnrad beim Einlass hat nen Motor mit niedriger Drehzahl (musst dich halt ein wenig spielen)
Edit: ach ja, die hellblaue Linie da ist ein Tracer, kann man halt schön die Teilchenbahn verfolgen. Hab mal n bissl die Werte verbessert und hab das ca. bekommen (sogar n bissl zu schwer):
Bild3 (http://pickhost.eu/images/0001/9716/Phys3.png)
Edit2: In den Optionen kannst du den Wert für die Erdbeschleunigung verändern, ist einfacher als die Massen anzupassen ^^
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