Tematy Symulacji

Wydział Studiów Międzynarodowych i Informatyki SWSPiZ w Łodzi
Informatyka w Technice
Tematy dotyczące opracowania programów symulacyjnych
Temat 1
Akcelerator liniowy cząstek naładowanych elektrycznie.
Relacje:
Napięcie przyspieszające U, przyspieszenie-a (przyspieszenie w polu elektrycznym pod działaniem
siły F=qE, gdzie E- natężenie pola elektrycznego równe U/L gdzie U napięcie przyspieszające, Ldługość drogi oddziaływania pola elektrycznego. Wynik: prędkość wylotowa cząstki w zależności od
U oraz od długości L. Energia cząstki w funkcji U oraz współrzędnej odległości od położenia
początkowego (zerowego). Wizualizacja ruchu cząstki w skali czasowej umożliwiającej jej obserwacje
na ekranie komputera. Wyniki w postaci zapisu liczbowego na ekranie komputera.
Temat 2
Cyklotron (akcelerator kołowy cząstek naładowanych elektrycznie)
Ruch w płaszczyźnie (x,y) cząstki naładowanej i przyspieszanej w polu elektrycznym E wzdłuż
współrzędnej x (stycznym do toru), w polu magnetycznym B prostopadłym do płaszczyzny ruchu (xy)
Na podstawie teorii akceleratora kołowego i równań ruchu opracować program symulujący akcelerator
z możliwościami regulacji jego podstawowych parametrów: Indukcji pola magnetycznego B ,
natężenia pola elektrycznego E.
Dane wejściowe regulowane skokowo: ładunek cząstki q, masa cząstki m.
Jako wielkości wyjściowe przyjąć wszystkie wielkości interesujące z punktu widzenia efektu
funkcjonowania akceleratora, a więc np. prędkość cząstki na wyjściu, energię cząstki, jej pęd,
Częstotliwość kołową akceleratora, zmianę tory ruchu w kolejnych obiegach itp.
Temat 3
Sumowanie (superpozycja) przebiegów sinusoidalnie zmiennych dla dwóch przebiegów o różnych
amplitudach i częstotliwościach. Możliwość ustawiania w każdym przebiegu: amplitudy, częstotliwości
oraz przesunięcia fazowego.
Wynik w postaci wizualizacji przebiegów na ekranie „oscyloskopu” oraz zapisanych pod/nad ekranem
wzorów.
Temat 4
Symulacja przebiegów na ekranie oscyloskopu z dwoma przebiegami sinusoidalnymi podawanymi na
płytki odchylające wzajemnie prostopadłe. Strumień elektronów twory na ekranie obraz tzw. pętli
Lissajou o kształcie zależnym od częstotliwości obu przebiegów i ich wzajemnego przesunięcia
fazowego. Regulacja amplitud, częstotliwości i przesunięcia fazowego przebiegów. Wynik w postaci
wzorów określających napięcia przykładane do odpowiednich par płytek odchylających oraz
wizualizacja przebiegów składowych i przebiegu wypadkowego na ekranach oscyloskopów. Obraz
statyczny (jeden przebieg zapamiętany) i ewentualnie dynamiczny (powtarzające się cyklicznie
przebiegi wykreślane na ekranach). Przewidzieć możliwość zmiany prędkości rysowania
odpowiednich krzywych przez wprowadzenie opóźnienia do procesu wyznaczania kolejnych punktów.
1
Wydział Studiów Międzynarodowych i Informatyki SWSPiZ w Łodzi
Temat 5
Prosta symulacja procesu załączania obwodu elektrycznego na napięcie sinusoidalne. Proces
załączania powinie uwzględniać obecność składowej sinusoidalnej stacjonarnej oraz składowej stałej.
Wersja A-łatwiejsza: nałożenie (superpozycja) przebiegu sinusoidalnego i zanikającego przebiegu
wykładniczego w funkcji czasu,
Wersja B –trudniejsza: przebieg wynikowy, jako rezultat rozwiązania różniczkowego dal stanu
przejściowego, załączania obwodu elektrycznego typu R, L na napięcie sinusoidalne przy dowolnej
wartości chwilowej napięcia – ewentualny komentarz drogą emailową.
Temat 6
Symulacja obwodu elektrycznego prądu stałego z szeregowym i szeregowo-równoległym połączeniem
rezystorów. Dla danej i regulowanej wartości napięcia zasilającego, odczytywanie wartości prądów w
gałęziach, napięć na rezystorach, mocy poszczególnych rezystorów oraz mocy sumarycznej. Wyniki
w postaci liczbowej na ekranie, poniżej schematu analizowanego układu.
Ewentualnie inne możliwe konfiguracje obwodu w tym np. budowa symulatora mostka Wheatstone'a
do pomiaru rezystancji.
Temat 7.
Symulacja tzw. rzutu ukośnego (mechanika) . Na ekranie wizualizacja toru ruchu masy m wyrzuconej
pod kątem alfa do poziomu. Możliwość regulacji prędkości początkowej Vo, kąta alfa oraz masy m .
Wyniki liczbowe: zasięg rzutu, maksymalna wysokość, energia kinetyczna i potencjalna w funkcji
odległości od punktu początkowego (współrzędna x). Możliwość wizualizacji wartości prędkości
poziomej i pionowej w postaci wektorów „przyczepionych” do punktu położenia masy.
Inne możliwe wartości i wizualizacje dotyczące tematu. No porównanie zasięgu i wysokości rzutu na
ziemi i na innych ciałach niebieskich.
Temat 8.
Symulacja obwodu elektrycznego prądu sinusoidalnego z elementami R, XL, XC zasilanej z sieci
jednofazowej . Możliwość regulacji płynnej każdego z wymienionych parametrów oraz napięcia
zasilającego. Wizualizacja: schemat obwodu elektrycznego z odczytami wartości prądu i napięć na
poszczególnych elementach, przebiegi napięcia zasilającego oraz napięć na rezystancji i reaktancjach
obwodu.
Możliwość zmiany częstotliwości.
Należy przewidzieć regulację parametrów X w takim zakresie by była możliwe uzyskanie stanu
rezonansu szeregowego obwodu.
Pokazanie poniżej ekranu innych możliwych wartości obliczonych np. mocy czynnej, biernej, pozorne,
przesunięcia fazowego itp.
Uwagi:
1. Dowolny język programowania,
2. Wynik w postaci pliku źródłowego i wykonywalnego,
3. Możliwość zastosowania języka interpretowanego,
4. Bardzo pożądane: możliwość zamieszczenia symulacji na stronie internetowej z interaktywnym
wprowadzaniem danych wejściowych i możliwością regulacji
5. Możliwe jest zastąpienie każdego z przydzielonych tematów przez temat zgłoszony przez grupę, a
wynikający z jej zainteresowań technicznych, pod warunkiem zachowania odpowiednio wysokich
wymagań w odniesieniu do wizualizacja wyników.
2