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ボール投げのシミュレーション

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Academic year: 2021

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全文

(1)

ボール投げのシミュレーション

講師:高安

 

亮紀

 

2

(2)

目的

• 

投げたボールの軌跡をコンピュータで計算し て可視化する.

(3)

速度と位置

• 

速度

:  

初速度

 v0  (m/s)

,加速度

 a  (m/s

2

)

のとき,

時間

 t  

後の速度

 v  (m/s)

  v  =  v0  +  a*t  

• 

距離

:  

速度

 v  (m/s)

で時間

t  (s)

の間に進む距離

 d  

(m)

 

d  =  v*t    

• 

位置

:  

位置

 x0  (m)

から速度

 v  (m/s)

で時間

 t  (s)

んだときの位置

 x  (m)

 

x  =  x0  +  v*t  

(4)

初速度の分解

θ

v0

vx0  =  v0*cosθ

vy0  =  v0*sinθ

(5)

速度変化

• 

水平方向(

x

方向)は変わらない(

vx0  

のまま).

 

• 

垂直方向(

y

方向)は重力の影響を受ける.重 力加速度

 g  =  9.8  ...  (m/s

2

)  

  

→  

時間

 t  (s)

後の

 y  

方向の速度

vy  

 

vy  =  vy0  –  g*t

(6)

位置変化 (1)

• 

水平方向(

x

方向)は等速直線運動(速度

:  vx0

で一定).

 

  位置

 x  

から時間

dt  

後の位置

 x'  

 

x'  =  x  +  vx0*dt    

• 

垂直方向(

y

方向)は速度

vy  

が変化する.

 

 

→  

積分を用いると解析的に求めることは可能.

 

 

→  

ここでは,コンピュータで数値的に求める.

(7)

位置変化 (2)

• 

微小時間

dt  

では,速度一定(速度

:  vy

)とみ なす.このとき,位置

 y  

から時間

dt  

後の位置

  y'  

 

y'  =  y  +  vy*dt  

 で近似できる.

(vy  =  vy0  –  g*t)    

 この時間

dt  

のことを時間の刻み幅と呼ぶ.

(8)

Matlab でプログラム作成

• 

初速度

 v0  (m/s)

と,投げ上げの角度

ang  

(度)を入力するとボールの軌跡を図に描くプ ログラムを作成しよう.

 

>>  edit  ball1  

funcGon  ball1(v0,ang)  

%  

ボール投げの軌跡

%  v0:  

初速度

%  ang:  

投げ上げの角度

(9)

やること

1.  

重力加速度

 g

,時間の刻み幅

dt  

の設定.

 

2.  

角度

ang  

(度)をラジアン(

ang*pi/180

)に変

換.

 

3.  

初速度

 v0  

の分解.

 

4.  

初期位置

(x,y)

の設定(

x  =  0,  y  =  0

).

 

5.  

ボールが地面に落ちるまで,

x

の位置,

y

の 位置,

y

の速度を

dt  

ごとに変化させる.

 

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