In diesem Kapitel wird die Dynamik von Punktmassen anhand zahlreicher Beispiele unter verschiedenen numerischen Blickwinkeln untersucht. Eine zentrale Rolle spielt die Lösung von gewöhnlichen Differentialgleichungen. Dabei wird schrittweise der Weg von der grundlegenden Euler-Methode über die modifizierte Euler-Methode hin zu fortgeschritteneren Methoden, die von der SciPy-Bibliothek zur Verfügung gestellt werden, diskutiert. Eine Reihe von schwingenden Systemen gibt Einblicke in numerische Aspekte wie die Verwendung der Energieerhaltung zur Kontrolle der Lösung oder das Problem steifer Differentialgleichungen bei einem System gekoppelter Federn. Am Beispiel des quartischen Potentials wird auch die Behandlung von Randwertproblemen besprochen. Das Doppelpendel führt schließlich zur nichtintegrablen Dynamik, für die Konzepte wie der Poincaréschnitt und der Ljapunovexponent eingeführt werden. In diesem Zusammenhang wird ferner die Bewegung in Billards diskutiert. Getriebene Systeme führen abschließend zu einer Betrachtung von Grenzzyklen und Bifurkationsdiagrammen.

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Mechanik von Punktmassen

  • Harald Wiedemann,
  • Gert-Ludwig Ingold

摘要

In diesem Kapitel wird die Dynamik von Punktmassen anhand zahlreicher Beispiele unter verschiedenen numerischen Blickwinkeln untersucht. Eine zentrale Rolle spielt die Lösung von gewöhnlichen Differentialgleichungen. Dabei wird schrittweise der Weg von der grundlegenden Euler-Methode über die modifizierte Euler-Methode hin zu fortgeschritteneren Methoden, die von der SciPy-Bibliothek zur Verfügung gestellt werden, diskutiert. Eine Reihe von schwingenden Systemen gibt Einblicke in numerische Aspekte wie die Verwendung der Energieerhaltung zur Kontrolle der Lösung oder das Problem steifer Differentialgleichungen bei einem System gekoppelter Federn. Am Beispiel des quartischen Potentials wird auch die Behandlung von Randwertproblemen besprochen. Das Doppelpendel führt schließlich zur nichtintegrablen Dynamik, für die Konzepte wie der Poincaréschnitt und der Ljapunovexponent eingeführt werden. In diesem Zusammenhang wird ferner die Bewegung in Billards diskutiert. Getriebene Systeme führen abschließend zu einer Betrachtung von Grenzzyklen und Bifurkationsdiagrammen.