Человек повседневно наблюдает в окружающей его среде явление перемещения тел под действием самых разных сил. За время своего существования человечество создало различные технические устройства, которые либо сами перемещаются в пространстве, например, летательные аппараты, либо содержат движущиеся части. С развитием техники все более актуальной становится задача исследования движения тел под действием различных полей (гравитационных, электрических, магнитных). Для расчета траекторий сложных движений необходим большой и разнообразный математический аппарат. Новые специальные компьютерные программы должны существенно облегчить труд ученых и инженеров в этой области, и создать базу для проведения всё более и более сложных расчетов, а значит и решения всё более широкого круга практически важных задач.

          Программа Physics позволяет быстро и легко вычислять, строить и анализировать траекторию движения заряженной материальной точки, брошенной под углом к горизонту, под действием однородных электрических полей. Для этого используются функции создания однородных электрических полей, их границ, а также настройки характеристик этих полей. После ввода соответствующих начальных характеристик для материальной точки (координаты, скорость, заряд, масса, ускорение свободного падения и др.), однородных электрических полей и параметров отображения, программа вычисляет траекторию движения и выводит результаты этого на экран, указывая характеристики пересечений материальной точкой границ полей (время, координаты, скорость и др.). Далее программа начинает в реальном времени моделировать в специальной области прорисовки траектории движение материальной точки. Для удобства просмотра и анализа указанной траектории, реализованы специальные функции:
    а. ускорение или замедление течения условного времени;
    б. перемещение области прорисовки траектории и масштабирование;
    в. возможность сохранения набора параметров системы в специальных файлах и обратного восстановления выбранных параметров;
    г. возможность сохранения изображения траектории в графических файлах (*.BMP);
    д. возможность визуализации в реальном времени векторов скорости материальной точки и её ускорения в любой области прорисовки траектории.
          Во время вычислений программа Physics проверяет:
    - характер движения материальной точки на повторы, то есть, не является ли оно циклическим;
    - время движения на превышение установленного пользователем лимита;
    - количество пересеченных траекторией материальной точки границ электрических полей, и в случае превышения установленного предела программа автоматически будет вычислять последующие пересечения непосредственно во время построения траектории.
          Такого рода программы могут быть использованы для моделирования и анализа различных динамических процессов. Они могут найти практическое применение при расчете траекторий движений космических аппаратов, особенно вблизи больших масс и сильных электрических полей, например, при их пролете в околосолнечном пространстве.
          Полезны они могут быть и при расчете перемещений небольших летательных аппаратов в индустриальных районах с сильными электрическими полями, например, вблизи высоковольтных электрических линий. Особая область применения таких программ – современная военная техника, со сложными расчетами траекторий полета небольших скоростных объектов (снаряды, ракеты, боеголовки и др.).

          Для нормальной работы программы необходимо:
    - центральный процессор (CPU) Intel Pentium 133 МГц (или аналогичный ему) и лучше;
    - 32 Мб оперативной памяти (RAM) или больше;
    - SVGA видеокарта с видеопамятью не меньше чем в 4 Мб;
    - операционная система Microsoft Windows 95/98/Me или Microsoft Windows NT/2000/XP с поддержкой трехмерных технологий открытой графической библиотеки (OpenGL);
    - экран с разрешением не меньше чем в 800*600 точек и глубиной цвета не меньше чем в 8 бит (желательно 24 или 32 бита);
    - клавиатура, мышь, несколько Мб свободного места на HDD, желательно FDD.
          Программа занимает от 1 Мб до 2 Мб свободного места на жестком диске, в зависимоти от наличия примеров и файла помощи. Программа распространяется бесплатно, согласно законодательству РФ по защите авторских прав и др. Программа распространяется в виде файла ZIP-архива (Physics.zip) c файлом помощи и примерами. Однако программу можно распространять как отдельный исполняемый файл (Physics.exe).

          Если программа распространяется в виде файла ZIP-архива (Physics.zip), то необходимо выполнить следующие действия:
    а. Открыть файл ZIP-архива программы;
    б. Извлечь всё содержимое в отдельную пустую папку (Например: файл 'Physics.exe', папки 'help' и 'examples' в папку 'D:\Physics\').
          Если программа распространяется в виде исполняемого файла (Physics.exe), то необходимо выполнить следующее действие:
    Скопируйте этот файл в отдельную пустую папку (Например: файл 'Physics.exe' в папку 'D:\Physics\').
          Теперь вы можете запускать программу!

          Элементы управления в главном окне программы (см. Рисунок 3.1):

    1 - Главное меню программы:
        - меню "Файл":
            - меню "Создать" - создаёт новую систему полей;
            - меню "Открыть" - открывает параметры системы полей;
            - меню "Сохранить" - сохраняет параметры системы полей;
            - меню "Сохранить в BMP" - сохраняет изображение, находящееся в области просмотра, в BMP-файл;
            - меню "Выход" - закрывает программу;
        - меню "Инструменты":
            - меню "Запуск" - запускает ("компилирует" и моделирует) систему полей;
            - меню "Закончить" - Заканчивает выполнение системы полей (переводит программу из режима "моделирования" в режим "редактирования");
            - меню "Моделировать" - Моделирует движение материальной точки в данной системе полей;
            - меню "Приостановить" - Приостанавливает моделирование движения материальной точки в данной системе полей;
            - меню "Остановить" - Останавливает моделирование движения материальной точки в данной системе полей;
        - меню "Вид":
            - меню "Список пересечений" - показывает список пересечений траектории движения материальной точки с границами полей;
        - меню "Помощь":
            - меню "Помощь" - показывает файл помощи по данной программе;
            - меню "О программе" - показывает краткую информацию по данному программному продукту (Название, версия, разработчик, авторы и другое).
    2 - Кнопка "Создать" - её действие аналогично действию пункта меню "Файл/Создать".
    3 - Кнопка "Открыть" - её действие аналогично действию пункта меню "Файл/Открыть".
    4 - Кнопка "Сохранить" - её действие аналогично действию пункта меню "Файл/Сохранить".
    5 - Кнопка "Сохранить в BMP" - её действие аналогично действию пункта меню "Файл/Сохранить в BMP".
    6 - Кнопка "Запуск" - её действие аналогично действию пункта меню "Инструменты/Запуск".
    7 - Кнопка "Закончить" - её действие аналогично действию пункта меню "Инструменты/Закончить".
    8 - Кнопка "Моделировать" - её действие аналогично действию пункта меню "Инструменты/Моделировать".
    9 - Кнопка "Приостановить" - её действие аналогично действию пункта меню "Инструменты/Приостановить".
    10 - Кнопка "Остановить" - её действие аналогично действию пункта меню "Инструменты/Остановить".
    11 - Кнопка "Список пересечений" - её действие аналогично действию пункта меню "Вид/Список пересечений".
    12 - Кнопка "Помощь" - её действие аналогично действию пункта меню "Помощь/Помощь".
    13 - Кнопка "О программе" - её действие аналогично действию пункта меню "Помощь/О программе".
    14 - Поле для ввода координаты по оси Ox начального положения материальной точки.
    15 - Поле для ввода координаты по оси Oy начального положения материальной точки.
    16 - Поле для ввода величины точечного заряда материальной точки.
    17 - Поле для ввода модуля вектора начальной скорости материальной точки.
    18 - Поле для ввода величины угла в градусах между направлением начальной скорости материальной точки и осью Ox.
    19 - Поле для ввода массы материальной точки.
    20 - Поле для ввода ускорения свободного падения.
    21 - Список для выбора однородного электрического поля.
    22 - Кнопка "Создать поле" - добавляет новое однородное электрическое поле к уже существующим в данной системе.
    23 - Кнопка "Переименовать поле" - вызывает окно для переимнования выбранного однородного электрического поля.
    24 - Кнопка "Удалить поле" - удаляет выбранное однородное электрическое поле.
    25 - Поле для ввода модуля вектора напряженности выбранного однородного электрического поля.
    26 - Поле для ввода величины угла в градусах между направлением напряженности выбранного однородного электрического поля и осью Ox.
    27 - Кнопка "Цвет поля" (на момент выхода данного файла помощи ни одна версия программы не поддерживала данную функцию) - вызывает окно для выбора цвета выбранного однородного электрического поля.
    28 - Кнопка "Цвет границ поля" - вызывает окно для выбора цвета границ выбранного однородного электрического поля.
    29 - Кнопка "Действие поля" - Включает/выключает действие выбранного однородного электрического поля на материальную точку в начальный момент времени.
    30 - Список для выбора границы выбранного однородного электрического поля.
    31 - Кнопка "Создать границу" - добавляет новую границу для выбранного однородного электрического поля.
    32 - Кнопка "Удалить границу" - удаляет выбранную границу выбранного однородного электрического поля.
    33 - Поле для ввода модуля радиус-вектора на выбранную границу выбранного однородного электрического поля.
    34 - Поле для ввода величины угла в градусах между направлением радиус-вектора на выбранную границу выбранного однородного электрического поля и осью Ox.
    35 - Область просмотра.
    36 - Граница области, в которой рассматривается движение материальной точки.
    37 - Граница однородного электрического поля.
    38 - Схематичное изображение материальной точки в области просмотра.
    39 - Изображение вектора скорости материальной точки в области просмотра.
    40 - Изображение вектора ускорения материальной точки в области просмотра.
    41 - Координата по оси Ox положения материальной точки в данный момент времени.
    42 - Координата по оси Oy положения материальной точки в данный момент времени.
    43 - Модуль вектора скорости материальной точки в данный момент времени.
    44 - Угол между направлением скорости материальной точки и осью Ox в данный момент времени.
    45 - Модуль вектора ускорения материальной точки в данный момент времени.
    46 - Угол между направлением ускорения материальной точки и осью Ox в данный момент времени.
    47 - Модуль вектора ускорения материальной точки в данный момент времени.
    48 - Угол между направлением ускорения материальной точки и осью Ox в данный момент времени.
    49 - Модуль вектора скорости материальной точки в данный момент времени.
    50 - Угол между направлением скорости материальной точки и осью Ox в данный момент времени.
    51 - Координата по оси Ox положения материальной точки в данный момент времени.
    52 - Координата по оси Oy положения материальной точки в данный момент времени.
    53 - Цвет изображения траектории в области просмотра.
    54 - Кнопка "Цвет траектории" - вызывает окно для выбора цвета изображения траектории в области просмотра.
    55 - Переключатель "Показывать траекторию" - показывает/скрывает изображение траектории в области просмотра.
    56 - Переключатель "Рисовать траекторию" (устанавливается в режиме редактирования) - рисовать/не рисовать траекторию в режиме "моделирования" (тогда в режиме "моделирования" будет возможность просмотра траектории).
    57 - Поле для ввода предела количества пересечений траектории материальной точки с границами полей.
    58 - Поле для ввода предела времени движения материальной точки в секундах.
    59 - Переключатель "Ограничение на время" - устанавливает/снимает ограничение на полное время движения материальной точки.
    60 - Переключатель "Показывать вектор скорости" - показывает/скрывает изображение вектора скорости материальной точки в области просмотра.
    61 - Переключатель "Показывать вектор ускорения" - показывает/скрывает изображение вектора ускорения материальной точки в области просмотра.
    62 - Кнопка "Вниз" - перемещает камеру области просмотра вниз.
    63 - Кнопка "Вправо" - перемещает камеру области просмотра вправо.
    64 - Кнопка "Влево" - перемещает камеру области просмотра влево.
    65 - Кнопка "Вверх" - перемещает камеру области просмотра вверх.
    66 - Кнопка "Удалить" - Удаляет камеру области просмотра от области, в которой рассматривается движение материальной точки.
    67 - Кнопка "Приблизить" - Приближает камеру области просмотра к области, в которой рассматривается движение материальной точки.
    68 - Переключатель "Прикрепление к телу" - Прикрепляет/открепляет камеру области просмотра к телу/от тела.
    69 - Бегунок "Сорость времени" - ускоряет или замедляет течение условного времени при моделировании.
    70 - Системная кнопка "Свернуть" - сворачивает программу в панель задач.
    71 - Системная кнопка "Закрыть" - закрывает программу.
          Элементы управления в окне "Расчёты траектории полёта" (см. Рисунок 3.2):

    1 - Порядковый номер пересечения.
    2 - Время, прошедшее от начала движения материальной точки до момента данного пересечения, (в секундах).
    3 - Координаты положения материальной точки в момент данного пересечения (формат: ("координата по оси Ox в метрах"; "координата по оси Oy в метрах")).
    4 - Модуль вектора скорости материальной точки в момент данного пересечения (в метрах на секунду).
    5 - Угол между направлением скорости материальной точки и осью Ox в момент данного пересечения (в градусах).
    6 - Модуль вектора ускорения материальной точки в момент данного пересечения (в метрах на секунду в квадрате).
    7 - Угол между направлением ускорения материальной точки и осью Ox в момент данного пересечения (в градусах).
    8 - Объект, который пересекает траектория движения материальной точки в момент данного пересечения (поля или граница области).
    9 - Системная кнопка "Закрыть" - закрывает окно "Расчёты траектории полёта".

          Для создания своей системы полей необходимо выполнить следующие действия:
    1. В панели инструментов нажать кнопку "Создать";
    2. Указать во второй сверху панели инструментов соответствующие начальные характеристики тела;
    3. Создать необходимое количество электрических полей, нажав на кнопку "Создать поле" (для удаления поля - нажать на кнопку "Удалить поле", для переименования поля - нажать на кнопку "Переименовать поле");
    4. Для каждого созданного поля указать его характеристики:
          - Выбрать в списке для выбора однородного электрического поля поле, характеристики которого необходимо изменить;
          - Ввести модуль вектора напряженности электрического поля в поле для ввода модуля вектора напряженности выбранного однородного электрического поля;
          - Ввести величину угла между направлением напряженности электрического поля и осью Ox в поле для ввода величины угла в градусах между направлением напряженности выбранного однородного электрического поля и осью Ox;
          - Указать цвет границ данного поля, нажав на кнопку "Цвет границ поля";
          - Указать: действует или бездействует данное поле на материальную точку в начальный момент времени, нажав на кнопку "Действие поля";
          - Создать необходимое количество границ для данного электрического поля, нажав на кнопку "Создать границу" (для удаления границы - нажать на кнопку "Удалить границу");
          - Для каждой созданной границы уазать её характеристики:
                - Ввести модуль радиус-вектора на данную границу в поле для ввода модуля радиус-вектора на выбранную границу выбранного однородного электрического поля;
                - Ввести величину угла между направлением радиус-вектора на данную границу и осью Ox в поле для ввода величины угла в градусах между направлением радиус-вектора на выбранную границу выбранного однородного электрического поля и осью Ox.
          После выполнения выше указанных действий, созданную систему полей можно сохранить в файле, нажав на кнопку "Сохранить", а также вычислить, построить и проанализировать траекторию материальной точки в данной системе полей (см. пункт 6 в настоящем файле помощи).

          Для просмотра движения материальной точки и построения траектории материальной точки необходимо выполнить следующие действия:
    1. Открыть систему полей, движение м. т. в которой нужно просмотреть, нажав в панели инструментов кнопку "Открыть";
    2. В панели "Опции моделирования" указать различные ограничения на вычисление траектории движения материальной точки:
          - Установить или снять ограничение на полное время движения материальной точки, используя переключатель "Ограничение на время";
          - Если ограничение на полное время движения материальной точки установлено, то ввести предел времени движения материальной точки в секундах в поле для ввода предела времени движения материальной точки в секундах;
          - Ввести предел количества пересечений траектории материальной точки с границами полей в поле для ввода предела количества пересечений траектории материальной точки с границами полей;
    3. Указать: рисовать или не рисовать траекторию в режиме "моделирования", используя переключатель "Рисовать траекторию";
    4. Запустить систему полей для "компилирования" и моделирования, нажав на кнопку "Запуск".
          В режиме "моделирования" (после выполнения выше указанных действий) можно выполнять следующие действия:
    1. Приостанавить моделирование движения материальной точки, нажав на кнопку "Приостановить";
    2. Остановить моделирование движения материальной точки, нажав на кнопку "Остановить";
    3. Моделировать движение материальной точки, нажав на кнопку "Моделировать" (если до этого было выполнено одно из двух предыдущих действий или произошел конец движения материальной точки);
    4. Просмотреть список пересечений траектории движения материальной точки с границами полей, нажав на кнопку "Список пересечений";
    5. Сохранить изображение, находящееся в области просмотра, в BMP-файл, нажав на кнопку "Сохранить в BMP";
    6. Ускорять или замедлять течение условного времени, используя бегунок "Сорость времени";
    7. Перемещать, удалять и приближать камеру области прорисовки, используя кнопки в панели "Управление камерой";
    8. Включать или выключать рисование векторов скорости и ускорения, используя переключатель "Показывать вектор скорости" и переключатель "Показывать вектор ускорения";
    9. Менять цвет траектории и показывать её, используя кнопку "Цвет траектории" и переключатель "Показывать траекторию" (эти действия выполнимы, если до входа в режим "моделирования" был включен переключатель "Рисовать траекторию");
    10. Заканчивать выполнение системы полей, нажав на кнопку "Закончить" (переводит программу из режима "моделирования" в режим "редактирования").

Название продукта: Physics
Версия продукта на момент выхода настоящего текста: 1.0.0204.1081-<beta>
Разработчик продукта: NanoSoft Group
Авторы продукта: Васильев Игорь, Друца Алексей
E-mail разработчика: nanosoft@e-mail.ru
Сайт разработчика: http://nano-soft.narod.ru
Распространение: бесплатное
Краткое описание: Программа анализа траектории движения заряженной материальной точки, брошенной под углом к горизонту, под действием электрических полей.

Все предложения и пожелания присылайте нам на электронный адрес: nanosoft@e-mail.ru или заходите на наш сайт в компьютерной сети InterNET: http://nano-soft.narod.ru .

AlexeY