已知三维坐标,速度,速度方向,建立模型给出网球运动轨迹,以底线中点为坐标原点,x轴平行于底线方向,y轴平行于边线方向,z轴竖直向下,用lingo画出三维图
时间: 2024-05-14 15:19:07 浏览: 90
为了建立模型,我们可以使用牛顿定律和运动学公式。假设网球受到重力和空气阻力,我们可以使用以下公式来计算网球在每个时间点的位置和速度:
$$
\begin{aligned}
\vec{F} &= m\vec{a} \\
\vec{F}_{air} &= -\frac{1}{2}\rho C_d A v^2 \hat{v} \\
\vec{F}_{gravity} &= -mg\hat{z} \\
\vec{a} &= \frac{\vec{F}_{air}+\vec{F}_{gravity}}{m} \\
\vec{v}(t+\Delta t) &= \vec{v}(t) + \vec{a}(t)\Delta t \\
\vec{r}(t+\Delta t) &= \vec{r}(t) + \vec{v}(t)\Delta t + \frac{1}{2}\vec{a}(t)\Delta t^2
\end{aligned}
$$
其中,$\vec{F}$ 是力,$m$ 是质量,$\vec{a}$ 是加速度,$\vec{v}$ 是速度,$\vec{r}$ 是位置,$\rho$ 是空气密度,$C_d$ 是空气阻力系数,$A$ 是网球的横截面积,$v$ 是速度大小,$\hat{v}$ 是速度方向单位向量,$g$ 是重力加速度,$\hat{z}$ 是竖直向下的单位向量,$\Delta t$ 是时间间隔。
现在,我们可以使用这些公式来计算网球在三维空间中的轨迹。下面是一个基本的 Lingo 代码示例,用于计算和绘制网球的轨迹:
```
-- 网球的初始位置和速度
on startMovie
global x, y, z, vx, vy, vz
x = 0
y = 6.4
z = 0
vx = 20
vy = -5
vz = 0
end
-- 计算网球的轨迹
on enterFrame
global x, y, z, vx, vy, vz
local m = 0.057 -- 网球的质量
local rho = 1.2 -- 空气密度
local Cd = 0.5 -- 空气阻力系数
local A = 0.000433 -- 网球的横截面积
local g = 9.8 -- 重力加速度
local dt = 0.01 -- 时间间隔
-- 计算空气阻力和重力的合力
local v = sqrt(vx^2 + vy^2 + vz^2)
local ax = -0.5*rho*Cd*A*v*vx/m
local ay = -0.5*rho*Cd*A*v*vy/m - g
local az = -0.5*rho*Cd*A*v*vz/m
-- 计算新的速度和位置
vx = vx + ax*dt
vy = vy + ay*dt
vz = vz + az*dt
x = x + vx*dt
y = y + vy*dt
z = z + vz*dt
-- 绘制网球的轨迹
sprite(1).loc3D = point3d(x, y, z)
end
```
这个代码示例使用 Lingo 的 `on startMovie` 和 `on enterFrame` 事件来初始化网球的初始位置和速度,并且在每个帧中计算和绘制网球的轨迹。`sprite(1).loc3D` 属性用于设置网球的位置,使用 `point3d` 函数来指定三维坐标。在这个例子中,我们假设网球的初始位置在底线中点上方 $6.4$ 米,以 $20$ 米/秒的速度向左下方发射。
最后,这个代码示例将绘制网球的轨迹,这可以通过在 Lingo 的工具栏中选择“3D Sprite”工具并将其添加到舞台上来完成。然后,您可以单击“播放”按钮来查看网球的轨迹。
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