Numeriska beräkningar i Naturvetenskap och Teknik

Presentasjon om: "Numeriska beräkningar i Naturvetenskap och Teknik"— Utskrift av presentasjonen:

1 Numeriska beräkningar i Naturvetenskap och Teknik
Today’s topic: Some Celestial Mechanics F Del A, Tekniska Aspekter matlab 1. Kort historik, varfor berakningar med maskin? 2. lagniva-hogniva programering, koppling till CPU och instruktionsset (kort for att ge en ide) 3. kort jmf med andra programsprak, framforallt vad galler definitioner, tolkat resp. kompilerat 4. interaktiv anvandning av matlab (tar upp programmet pa skarmen i salen) 5. demo av baskunskaper: operatorer, prioordning, inf,nan, variabler, vektorer, matriser tilldelning, vektorisering, matrisoperationer, notation (kolonnotation etc) teckenstrangar, lasa & skriva filer, skapa figurer, 1D-2D plottar b/ programstruktur 1. m-filer 2. varfor program? 3. byggblock i pgm: satssekvenser, alternativ (if), repetitioner (loopar) 4. funktioner och funktionsanrop 5. att tanka pa innan man programmerar definition av problem, struktur, losningsmetod (kontinuerlig) debugging, dokumentation av/i pgm

2 Numeriska beräkningar i Naturvetenskap och Teknik
Coordinate systems Cartesian coordinates Unit vectors are orthogonal with norm 1 Del A, Tekniska Aspekter matlab 1. Kort historik, varfor berakningar med maskin? 2. lagniva-hogniva programering, koppling till CPU och instruktionsset (kort for att ge en ide) 3. kort jmf med andra programsprak, framforallt vad galler definitioner, tolkat resp. kompilerat 4. interaktiv anvandning av matlab (tar upp programmet pa skarmen i salen) 5. demo av baskunskaper: operatorer, prioordning, inf,nan, variabler, vektorer, matriser tilldelning, vektorisering, matrisoperationer, notation (kolonnotation etc) teckenstrangar, lasa & skriva filer, skapa figurer, 1D-2D plottar b/ programstruktur 1. m-filer 2. varfor program? 3. byggblock i pgm: satssekvenser, alternativ (if), repetitioner (loopar) 4. funktioner och funktionsanrop 5. att tanka pa innan man programmerar definition av problem, struktur, losningsmetod (kontinuerlig) debugging, dokumentation av/i pgm

3 Numeriska beräkningar i Naturvetenskap och Teknik
Cylindrical coordinates Del A, Tekniska Aspekter matlab 1. Kort historik, varfor berakningar med maskin? 2. lagniva-hogniva programering, koppling till CPU och instruktionsset (kort for att ge en ide) 3. kort jmf med andra programsprak, framforallt vad galler definitioner, tolkat resp. kompilerat 4. interaktiv anvandning av matlab (tar upp programmet pa skarmen i salen) 5. demo av baskunskaper: operatorer, prioordning, inf,nan, variabler, vektorer, matriser tilldelning, vektorisering, matrisoperationer, notation (kolonnotation etc) teckenstrangar, lasa & skriva filer, skapa figurer, 1D-2D plottar b/ programstruktur 1. m-filer 2. varfor program? 3. byggblock i pgm: satssekvenser, alternativ (if), repetitioner (loopar) 4. funktioner och funktionsanrop 5. att tanka pa innan man programmerar definition av problem, struktur, losningsmetod (kontinuerlig) debugging, dokumentation av/i pgm

4 Numeriska beräkningar i Naturvetenskap och Teknik
Vector- och scalar product in cylindrical coordinates Orthogonal Del A, Tekniska Aspekter matlab 1. Kort historik, varfor berakningar med maskin? 2. lagniva-hogniva programering, koppling till CPU och instruktionsset (kort for att ge en ide) 3. kort jmf med andra programsprak, framforallt vad galler definitioner, tolkat resp. kompilerat 4. interaktiv anvandning av matlab (tar upp programmet pa skarmen i salen) 5. demo av baskunskaper: operatorer, prioordning, inf,nan, variabler, vektorer, matriser tilldelning, vektorisering, matrisoperationer, notation (kolonnotation etc) teckenstrangar, lasa & skriva filer, skapa figurer, 1D-2D plottar b/ programstruktur 1. m-filer 2. varfor program? 3. byggblock i pgm: satssekvenser, alternativ (if), repetitioner (loopar) 4. funktioner och funktionsanrop 5. att tanka pa innan man programmerar definition av problem, struktur, losningsmetod (kontinuerlig) debugging, dokumentation av/i pgm Right hand system

5 Numeriska beräkningar i Naturvetenskap och Teknik
Spherical coordinates Del A, Tekniska Aspekter matlab 1. Kort historik, varfor berakningar med maskin? 2. lagniva-hogniva programering, koppling till CPU och instruktionsset (kort for att ge en ide) 3. kort jmf med andra programsprak, framforallt vad galler definitioner, tolkat resp. kompilerat 4. interaktiv anvandning av matlab (tar upp programmet pa skarmen i salen) 5. demo av baskunskaper: operatorer, prioordning, inf,nan, variabler, vektorer, matriser tilldelning, vektorisering, matrisoperationer, notation (kolonnotation etc) teckenstrangar, lasa & skriva filer, skapa figurer, 1D-2D plottar b/ programstruktur 1. m-filer 2. varfor program? 3. byggblock i pgm: satssekvenser, alternativ (if), repetitioner (loopar) 4. funktioner och funktionsanrop 5. att tanka pa innan man programmerar definition av problem, struktur, losningsmetod (kontinuerlig) debugging, dokumentation av/i pgm

6 Numeriska beräkningar i Naturvetenskap och Teknik
Introductory mechanics Force law Torque Angular momentum Del A, Tekniska Aspekter matlab 1. Kort historik, varfor berakningar med maskin? 2. lagniva-hogniva programering, koppling till CPU och instruktionsset (kort for att ge en ide) 3. kort jmf med andra programsprak, framforallt vad galler definitioner, tolkat resp. kompilerat 4. interaktiv anvandning av matlab (tar upp programmet pa skarmen i salen) 5. demo av baskunskaper: operatorer, prioordning, inf,nan, variabler, vektorer, matriser tilldelning, vektorisering, matrisoperationer, notation (kolonnotation etc) teckenstrangar, lasa & skriva filer, skapa figurer, 1D-2D plottar b/ programstruktur 1. m-filer 2. varfor program? 3. byggblock i pgm: satssekvenser, alternativ (if), repetitioner (loopar) 4. funktioner och funktionsanrop 5. att tanka pa innan man programmerar definition av problem, struktur, losningsmetod (kontinuerlig) debugging, dokumentation av/i pgm gives:

7 Numeriska beräkningar i Naturvetenskap och Teknik
A quantity that does not change with time, i.e. our case does not change along the trajectory of a planet is called a: CONSTANT OF MOTION If we can find a quantity whose time derivative is zero that quantity is a constant of motion. Del A, Tekniska Aspekter matlab 1. Kort historik, varfor berakningar med maskin? 2. lagniva-hogniva programering, koppling till CPU och instruktionsset (kort for att ge en ide) 3. kort jmf med andra programsprak, framforallt vad galler definitioner, tolkat resp. kompilerat 4. interaktiv anvandning av matlab (tar upp programmet pa skarmen i salen) 5. demo av baskunskaper: operatorer, prioordning, inf,nan, variabler, vektorer, matriser tilldelning, vektorisering, matrisoperationer, notation (kolonnotation etc) teckenstrangar, lasa & skriva filer, skapa figurer, 1D-2D plottar b/ programstruktur 1. m-filer 2. varfor program? 3. byggblock i pgm: satssekvenser, alternativ (if), repetitioner (loopar) 4. funktioner och funktionsanrop 5. att tanka pa innan man programmerar definition av problem, struktur, losningsmetod (kontinuerlig) debugging, dokumentation av/i pgm The angular momentum is constant in a central force field...

8 Numeriska beräkningar i Naturvetenskap och Teknik
r x p is orthogonal to r, i.e. r is orthogonal to L which is constant. Central force Del A, Tekniska Aspekter matlab 1. Kort historik, varfor berakningar med maskin? 2. lagniva-hogniva programering, koppling till CPU och instruktionsset (kort for att ge en ide) 3. kort jmf med andra programsprak, framforallt vad galler definitioner, tolkat resp. kompilerat 4. interaktiv anvandning av matlab (tar upp programmet pa skarmen i salen) 5. demo av baskunskaper: operatorer, prioordning, inf,nan, variabler, vektorer, matriser tilldelning, vektorisering, matrisoperationer, notation (kolonnotation etc) teckenstrangar, lasa & skriva filer, skapa figurer, 1D-2D plottar b/ programstruktur 1. m-filer 2. varfor program? 3. byggblock i pgm: satssekvenser, alternativ (if), repetitioner (loopar) 4. funktioner och funktionsanrop 5. att tanka pa innan man programmerar definition av problem, struktur, losningsmetod (kontinuerlig) debugging, dokumentation av/i pgm 1 Angular momentum is a constant of motion 2. Motion is in a plane

9 Numeriska beräkningar i Naturvetenskap och Teknik
In order write down the equations of motion we need the acceleration in cylindrical coordinates. This problem relies on the calculus you learn in math class! Del A, Tekniska Aspekter matlab 1. Kort historik, varfor berakningar med maskin? 2. lagniva-hogniva programering, koppling till CPU och instruktionsset (kort for att ge en ide) 3. kort jmf med andra programsprak, framforallt vad galler definitioner, tolkat resp. kompilerat 4. interaktiv anvandning av matlab (tar upp programmet pa skarmen i salen) 5. demo av baskunskaper: operatorer, prioordning, inf,nan, variabler, vektorer, matriser tilldelning, vektorisering, matrisoperationer, notation (kolonnotation etc) teckenstrangar, lasa & skriva filer, skapa figurer, 1D-2D plottar b/ programstruktur 1. m-filer 2. varfor program? 3. byggblock i pgm: satssekvenser, alternativ (if), repetitioner (loopar) 4. funktioner och funktionsanrop 5. att tanka pa innan man programmerar definition av problem, struktur, losningsmetod (kontinuerlig) debugging, dokumentation av/i pgm

10 Numeriska beräkningar i Naturvetenskap och Teknik
Velocity in cylindrical coordinates Motion in the plane due to central force Del A, Tekniska Aspekter matlab 1. Kort historik, varfor berakningar med maskin? 2. lagniva-hogniva programering, koppling till CPU och instruktionsset (kort for att ge en ide) 3. kort jmf med andra programsprak, framforallt vad galler definitioner, tolkat resp. kompilerat 4. interaktiv anvandning av matlab (tar upp programmet pa skarmen i salen) 5. demo av baskunskaper: operatorer, prioordning, inf,nan, variabler, vektorer, matriser tilldelning, vektorisering, matrisoperationer, notation (kolonnotation etc) teckenstrangar, lasa & skriva filer, skapa figurer, 1D-2D plottar b/ programstruktur 1. m-filer 2. varfor program? 3. byggblock i pgm: satssekvenser, alternativ (if), repetitioner (loopar) 4. funktioner och funktionsanrop 5. att tanka pa innan man programmerar definition av problem, struktur, losningsmetod (kontinuerlig) debugging, dokumentation av/i pgm Angular velocity Radial velocity

11 Numeriska beräkningar i Naturvetenskap och Teknik
In the same way… acceleration in cylindrical coordinates Del A, Tekniska Aspekter matlab 1. Kort historik, varfor berakningar med maskin? 2. lagniva-hogniva programering, koppling till CPU och instruktionsset (kort for att ge en ide) 3. kort jmf med andra programsprak, framforallt vad galler definitioner, tolkat resp. kompilerat 4. interaktiv anvandning av matlab (tar upp programmet pa skarmen i salen) 5. demo av baskunskaper: operatorer, prioordning, inf,nan, variabler, vektorer, matriser tilldelning, vektorisering, matrisoperationer, notation (kolonnotation etc) teckenstrangar, lasa & skriva filer, skapa figurer, 1D-2D plottar b/ programstruktur 1. m-filer 2. varfor program? 3. byggblock i pgm: satssekvenser, alternativ (if), repetitioner (loopar) 4. funktioner och funktionsanrop 5. att tanka pa innan man programmerar definition av problem, struktur, losningsmetod (kontinuerlig) debugging, dokumentation av/i pgm and also using the same method we can derive

12 Numeriska beräkningar i Naturvetenskap och Teknik
Look at this at home! Acceleration in cylindrical coordinates Del A, Tekniska Aspekter matlab 1. Kort historik, varfor berakningar med maskin? 2. lagniva-hogniva programering, koppling till CPU och instruktionsset (kort for att ge en ide) 3. kort jmf med andra programsprak, framforallt vad galler definitioner, tolkat resp. kompilerat 4. interaktiv anvandning av matlab (tar upp programmet pa skarmen i salen) 5. demo av baskunskaper: operatorer, prioordning, inf,nan, variabler, vektorer, matriser tilldelning, vektorisering, matrisoperationer, notation (kolonnotation etc) teckenstrangar, lasa & skriva filer, skapa figurer, 1D-2D plottar b/ programstruktur 1. m-filer 2. varfor program? 3. byggblock i pgm: satssekvenser, alternativ (if), repetitioner (loopar) 4. funktioner och funktionsanrop 5. att tanka pa innan man programmerar definition av problem, struktur, losningsmetod (kontinuerlig) debugging, dokumentation av/i pgm

13 Numeriska beräkningar i Naturvetenskap och Teknik
Acceleration in cylindrical coordinates Ins. from above gives that we have TWO components Del A, Tekniska Aspekter matlab 1. Kort historik, varfor berakningar med maskin? 2. lagniva-hogniva programering, koppling till CPU och instruktionsset (kort for att ge en ide) 3. kort jmf med andra programsprak, framforallt vad galler definitioner, tolkat resp. kompilerat 4. interaktiv anvandning av matlab (tar upp programmet pa skarmen i salen) 5. demo av baskunskaper: operatorer, prioordning, inf,nan, variabler, vektorer, matriser tilldelning, vektorisering, matrisoperationer, notation (kolonnotation etc) teckenstrangar, lasa & skriva filer, skapa figurer, 1D-2D plottar b/ programstruktur 1. m-filer 2. varfor program? 3. byggblock i pgm: satssekvenser, alternativ (if), repetitioner (loopar) 4. funktioner och funktionsanrop 5. att tanka pa innan man programmerar definition av problem, struktur, losningsmetod (kontinuerlig) debugging, dokumentation av/i pgm

14 Numeriska beräkningar i Naturvetenskap och Teknik
Equations of motion in the central force system with the acceleration in the plane this can also be written as: Del A, Tekniska Aspekter matlab 1. Kort historik, varfor berakningar med maskin? 2. lagniva-hogniva programering, koppling till CPU och instruktionsset (kort for att ge en ide) 3. kort jmf med andra programsprak, framforallt vad galler definitioner, tolkat resp. kompilerat 4. interaktiv anvandning av matlab (tar upp programmet pa skarmen i salen) 5. demo av baskunskaper: operatorer, prioordning, inf,nan, variabler, vektorer, matriser tilldelning, vektorisering, matrisoperationer, notation (kolonnotation etc) teckenstrangar, lasa & skriva filer, skapa figurer, 1D-2D plottar b/ programstruktur 1. m-filer 2. varfor program? 3. byggblock i pgm: satssekvenser, alternativ (if), repetitioner (loopar) 4. funktioner och funktionsanrop 5. att tanka pa innan man programmerar definition av problem, struktur, losningsmetod (kontinuerlig) debugging, dokumentation av/i pgm

15 Numeriska beräkningar i Naturvetenskap och Teknik
Equations of motion in the plane in cylindrical coordinates Depends explicitly on the force Can be integrated without defining F Now, we note that Del A, Tekniska Aspekter matlab 1. Kort historik, varfor berakningar med maskin? 2. lagniva-hogniva programering, koppling till CPU och instruktionsset (kort for att ge en ide) 3. kort jmf med andra programsprak, framforallt vad galler definitioner, tolkat resp. kompilerat 4. interaktiv anvandning av matlab (tar upp programmet pa skarmen i salen) 5. demo av baskunskaper: operatorer, prioordning, inf,nan, variabler, vektorer, matriser tilldelning, vektorisering, matrisoperationer, notation (kolonnotation etc) teckenstrangar, lasa & skriva filer, skapa figurer, 1D-2D plottar b/ programstruktur 1. m-filer 2. varfor program? 3. byggblock i pgm: satssekvenser, alternativ (if), repetitioner (loopar) 4. funktioner och funktionsanrop 5. att tanka pa innan man programmerar definition av problem, struktur, losningsmetod (kontinuerlig) debugging, dokumentation av/i pgm i.e. Which gives

16 Numeriska beräkningar i Naturvetenskap och Teknik
Sector velocity Del A, Tekniska Aspekter matlab 1. Kort historik, varfor berakningar med maskin? 2. lagniva-hogniva programering, koppling till CPU och instruktionsset (kort for att ge en ide) 3. kort jmf med andra programsprak, framforallt vad galler definitioner, tolkat resp. kompilerat 4. interaktiv anvandning av matlab (tar upp programmet pa skarmen i salen) 5. demo av baskunskaper: operatorer, prioordning, inf,nan, variabler, vektorer, matriser tilldelning, vektorisering, matrisoperationer, notation (kolonnotation etc) teckenstrangar, lasa & skriva filer, skapa figurer, 1D-2D plottar b/ programstruktur 1. m-filer 2. varfor program? 3. byggblock i pgm: satssekvenser, alternativ (if), repetitioner (loopar) 4. funktioner och funktionsanrop 5. att tanka pa innan man programmerar definition av problem, struktur, losningsmetod (kontinuerlig) debugging, dokumentation av/i pgm Kepler’s second law

17 Numeriska beräkningar i Naturvetenskap och Teknik
Rho direction: Equations of motion in the plane in cylindrical coordinates We have two functions of time, rho and phi. We want ONE! The angular momentum can be used to switch between rho and phi! Del A, Tekniska Aspekter matlab 1. Kort historik, varfor berakningar med maskin? 2. lagniva-hogniva programering, koppling till CPU och instruktionsset (kort for att ge en ide) 3. kort jmf med andra programsprak, framforallt vad galler definitioner, tolkat resp. kompilerat 4. interaktiv anvandning av matlab (tar upp programmet pa skarmen i salen) 5. demo av baskunskaper: operatorer, prioordning, inf,nan, variabler, vektorer, matriser tilldelning, vektorisering, matrisoperationer, notation (kolonnotation etc) teckenstrangar, lasa & skriva filer, skapa figurer, 1D-2D plottar b/ programstruktur 1. m-filer 2. varfor program? 3. byggblock i pgm: satssekvenser, alternativ (if), repetitioner (loopar) 4. funktioner och funktionsanrop 5. att tanka pa innan man programmerar definition av problem, struktur, losningsmetod (kontinuerlig) debugging, dokumentation av/i pgm since We have Substitution gives:

18 Numeriska beräkningar i Naturvetenskap och Teknik
The energy is a second constant of motion... Del A, Tekniska Aspekter matlab 1. Kort historik, varfor berakningar med maskin? 2. lagniva-hogniva programering, koppling till CPU och instruktionsset (kort for att ge en ide) 3. kort jmf med andra programsprak, framforallt vad galler definitioner, tolkat resp. kompilerat 4. interaktiv anvandning av matlab (tar upp programmet pa skarmen i salen) 5. demo av baskunskaper: operatorer, prioordning, inf,nan, variabler, vektorer, matriser tilldelning, vektorisering, matrisoperationer, notation (kolonnotation etc) teckenstrangar, lasa & skriva filer, skapa figurer, 1D-2D plottar b/ programstruktur 1. m-filer 2. varfor program? 3. byggblock i pgm: satssekvenser, alternativ (if), repetitioner (loopar) 4. funktioner och funktionsanrop 5. att tanka pa innan man programmerar definition av problem, struktur, losningsmetod (kontinuerlig) debugging, dokumentation av/i pgm

19 Numeriska beräkningar i Naturvetenskap och Teknik
A second constant of motion A conservative force, i.e. a force with potential WHY of interest? Examples of such forces? Del A, Tekniska Aspekter matlab 1. Kort historik, varfor berakningar med maskin? 2. lagniva-hogniva programering, koppling till CPU och instruktionsset (kort for att ge en ide) 3. kort jmf med andra programsprak, framforallt vad galler definitioner, tolkat resp. kompilerat 4. interaktiv anvandning av matlab (tar upp programmet pa skarmen i salen) 5. demo av baskunskaper: operatorer, prioordning, inf,nan, variabler, vektorer, matriser tilldelning, vektorisering, matrisoperationer, notation (kolonnotation etc) teckenstrangar, lasa & skriva filer, skapa figurer, 1D-2D plottar b/ programstruktur 1. m-filer 2. varfor program? 3. byggblock i pgm: satssekvenser, alternativ (if), repetitioner (loopar) 4. funktioner och funktionsanrop 5. att tanka pa innan man programmerar definition av problem, struktur, losningsmetod (kontinuerlig) debugging, dokumentation av/i pgm

20 Numeriska beräkningar i Naturvetenskap och Teknik
A second constant of motion Del A, Tekniska Aspekter matlab 1. Kort historik, varfor berakningar med maskin? 2. lagniva-hogniva programering, koppling till CPU och instruktionsset (kort for att ge en ide) 3. kort jmf med andra programsprak, framforallt vad galler definitioner, tolkat resp. kompilerat 4. interaktiv anvandning av matlab (tar upp programmet pa skarmen i salen) 5. demo av baskunskaper: operatorer, prioordning, inf,nan, variabler, vektorer, matriser tilldelning, vektorisering, matrisoperationer, notation (kolonnotation etc) teckenstrangar, lasa & skriva filer, skapa figurer, 1D-2D plottar b/ programstruktur 1. m-filer 2. varfor program? 3. byggblock i pgm: satssekvenser, alternativ (if), repetitioner (loopar) 4. funktioner och funktionsanrop 5. att tanka pa innan man programmerar definition av problem, struktur, losningsmetod (kontinuerlig) debugging, dokumentation av/i pgm How to get a first order time derivative out of this?

21 Numeriska beräkningar i Naturvetenskap och Teknik
A second constant of motion We think of the chain rule again and multiply by Del A, Tekniska Aspekter matlab 1. Kort historik, varfor berakningar med maskin? 2. lagniva-hogniva programering, koppling till CPU och instruktionsset (kort for att ge en ide) 3. kort jmf med andra programsprak, framforallt vad galler definitioner, tolkat resp. kompilerat 4. interaktiv anvandning av matlab (tar upp programmet pa skarmen i salen) 5. demo av baskunskaper: operatorer, prioordning, inf,nan, variabler, vektorer, matriser tilldelning, vektorisering, matrisoperationer, notation (kolonnotation etc) teckenstrangar, lasa & skriva filer, skapa figurer, 1D-2D plottar b/ programstruktur 1. m-filer 2. varfor program? 3. byggblock i pgm: satssekvenser, alternativ (if), repetitioner (loopar) 4. funktioner och funktionsanrop 5. att tanka pa innan man programmerar definition av problem, struktur, losningsmetod (kontinuerlig) debugging, dokumentation av/i pgm These are equal

22 Numeriska beräkningar i Naturvetenskap och Teknik
Look at this at home! Continue by looking at the left hand side in the eq. below l.h can be written We now have time derivatives on both sides of this equation! Del A, Tekniska Aspekter matlab 1. Kort historik, varfor berakningar med maskin? 2. lagniva-hogniva programering, koppling till CPU och instruktionsset (kort for att ge en ide) 3. kort jmf med andra programsprak, framforallt vad galler definitioner, tolkat resp. kompilerat 4. interaktiv anvandning av matlab (tar upp programmet pa skarmen i salen) 5. demo av baskunskaper: operatorer, prioordning, inf,nan, variabler, vektorer, matriser tilldelning, vektorisering, matrisoperationer, notation (kolonnotation etc) teckenstrangar, lasa & skriva filer, skapa figurer, 1D-2D plottar b/ programstruktur 1. m-filer 2. varfor program? 3. byggblock i pgm: satssekvenser, alternativ (if), repetitioner (loopar) 4. funktioner och funktionsanrop 5. att tanka pa innan man programmerar definition av problem, struktur, losningsmetod (kontinuerlig) debugging, dokumentation av/i pgm i.e.

23 Numeriska beräkningar i Naturvetenskap och Teknik
Lets identify the terms! Kinetic energy from radial motion Potential energy From L constant we have (still) Del A, Tekniska Aspekter matlab 1. Kort historik, varfor berakningar med maskin? 2. lagniva-hogniva programering, koppling till CPU och instruktionsset (kort for att ge en ide) 3. kort jmf med andra programsprak, framforallt vad galler definitioner, tolkat resp. kompilerat 4. interaktiv anvandning av matlab (tar upp programmet pa skarmen i salen) 5. demo av baskunskaper: operatorer, prioordning, inf,nan, variabler, vektorer, matriser tilldelning, vektorisering, matrisoperationer, notation (kolonnotation etc) teckenstrangar, lasa & skriva filer, skapa figurer, 1D-2D plottar b/ programstruktur 1. m-filer 2. varfor program? 3. byggblock i pgm: satssekvenser, alternativ (if), repetitioner (loopar) 4. funktioner och funktionsanrop 5. att tanka pa innan man programmerar definition av problem, struktur, losningsmetod (kontinuerlig) debugging, dokumentation av/i pgm Kinetic energy from motion in phi

24 Numeriska beräkningar i Naturvetenskap och Teknik
Solving the equations of motion One can now either try to integrate with respect to the time, t, or, one can solve with respect to the angle. Two steps for a ”straightforward” solution. Transform equation to be distance rho as function of the angle phi instead of time. 2. Make a 1/rho substitution to create a standard linear diff. eq. with constant coefficients. Del A, Tekniska Aspekter matlab 1. Kort historik, varfor berakningar med maskin? 2. lagniva-hogniva programering, koppling till CPU och instruktionsset (kort for att ge en ide) 3. kort jmf med andra programsprak, framforallt vad galler definitioner, tolkat resp. kompilerat 4. interaktiv anvandning av matlab (tar upp programmet pa skarmen i salen) 5. demo av baskunskaper: operatorer, prioordning, inf,nan, variabler, vektorer, matriser tilldelning, vektorisering, matrisoperationer, notation (kolonnotation etc) teckenstrangar, lasa & skriva filer, skapa figurer, 1D-2D plottar b/ programstruktur 1. m-filer 2. varfor program? 3. byggblock i pgm: satssekvenser, alternativ (if), repetitioner (loopar) 4. funktioner och funktionsanrop 5. att tanka pa innan man programmerar definition av problem, struktur, losningsmetod (kontinuerlig) debugging, dokumentation av/i pgm

25 Numeriska beräkningar i Naturvetenskap och Teknik
Solving the equations of motion From second order time derivative to second order derivative in phi: Del A, Tekniska Aspekter matlab 1. Kort historik, varfor berakningar med maskin? 2. lagniva-hogniva programering, koppling till CPU och instruktionsset (kort for att ge en ide) 3. kort jmf med andra programsprak, framforallt vad galler definitioner, tolkat resp. kompilerat 4. interaktiv anvandning av matlab (tar upp programmet pa skarmen i salen) 5. demo av baskunskaper: operatorer, prioordning, inf,nan, variabler, vektorer, matriser tilldelning, vektorisering, matrisoperationer, notation (kolonnotation etc) teckenstrangar, lasa & skriva filer, skapa figurer, 1D-2D plottar b/ programstruktur 1. m-filer 2. varfor program? 3. byggblock i pgm: satssekvenser, alternativ (if), repetitioner (loopar) 4. funktioner och funktionsanrop 5. att tanka pa innan man programmerar definition av problem, struktur, losningsmetod (kontinuerlig) debugging, dokumentation av/i pgm Apply it two times

26 Numeriska beräkningar i Naturvetenskap och Teknik
At this point we have but Binet! Del A, Tekniska Aspekter matlab 1. Kort historik, varfor berakningar med maskin? 2. lagniva-hogniva programering, koppling till CPU och instruktionsset (kort for att ge en ide) 3. kort jmf med andra programsprak, framforallt vad galler definitioner, tolkat resp. kompilerat 4. interaktiv anvandning av matlab (tar upp programmet pa skarmen i salen) 5. demo av baskunskaper: operatorer, prioordning, inf,nan, variabler, vektorer, matriser tilldelning, vektorisering, matrisoperationer, notation (kolonnotation etc) teckenstrangar, lasa & skriva filer, skapa figurer, 1D-2D plottar b/ programstruktur 1. m-filer 2. varfor program? 3. byggblock i pgm: satssekvenser, alternativ (if), repetitioner (loopar) 4. funktioner och funktionsanrop 5. att tanka pa innan man programmerar definition av problem, struktur, losningsmetod (kontinuerlig) debugging, dokumentation av/i pgm

27 Numeriska beräkningar i Naturvetenskap och Teknik
Solving the equations of motion Binet’s equation for the kepler case (1/r2 ) Second order diff equation. (solve with characteristic equation!) Del A, Tekniska Aspekter matlab 1. Kort historik, varfor berakningar med maskin? 2. lagniva-hogniva programering, koppling till CPU och instruktionsset (kort for att ge en ide) 3. kort jmf med andra programsprak, framforallt vad galler definitioner, tolkat resp. kompilerat 4. interaktiv anvandning av matlab (tar upp programmet pa skarmen i salen) 5. demo av baskunskaper: operatorer, prioordning, inf,nan, variabler, vektorer, matriser tilldelning, vektorisering, matrisoperationer, notation (kolonnotation etc) teckenstrangar, lasa & skriva filer, skapa figurer, 1D-2D plottar b/ programstruktur 1. m-filer 2. varfor program? 3. byggblock i pgm: satssekvenser, alternativ (if), repetitioner (loopar) 4. funktioner och funktionsanrop 5. att tanka pa innan man programmerar definition av problem, struktur, losningsmetod (kontinuerlig) debugging, dokumentation av/i pgm

28 Numeriska beräkningar i Naturvetenskap och Teknik
Different orbits Reference direction when α is zero Del A, Tekniska Aspekter matlab 1. Kort historik, varfor berakningar med maskin? 2. lagniva-hogniva programering, koppling till CPU och instruktionsset (kort for att ge en ide) 3. kort jmf med andra programsprak, framforallt vad galler definitioner, tolkat resp. kompilerat 4. interaktiv anvandning av matlab (tar upp programmet pa skarmen i salen) 5. demo av baskunskaper: operatorer, prioordning, inf,nan, variabler, vektorer, matriser tilldelning, vektorisering, matrisoperationer, notation (kolonnotation etc) teckenstrangar, lasa & skriva filer, skapa figurer, 1D-2D plottar b/ programstruktur 1. m-filer 2. varfor program? 3. byggblock i pgm: satssekvenser, alternativ (if), repetitioner (loopar) 4. funktioner och funktionsanrop 5. att tanka pa innan man programmerar definition av problem, struktur, losningsmetod (kontinuerlig) debugging, dokumentation av/i pgm

29 Numeriska beräkningar i Naturvetenskap och Teknik
Different orbits Del A, Tekniska Aspekter matlab 1. Kort historik, varfor berakningar med maskin? 2. lagniva-hogniva programering, koppling till CPU och instruktionsset (kort for att ge en ide) 3. kort jmf med andra programsprak, framforallt vad galler definitioner, tolkat resp. kompilerat 4. interaktiv anvandning av matlab (tar upp programmet pa skarmen i salen) 5. demo av baskunskaper: operatorer, prioordning, inf,nan, variabler, vektorer, matriser tilldelning, vektorisering, matrisoperationer, notation (kolonnotation etc) teckenstrangar, lasa & skriva filer, skapa figurer, 1D-2D plottar b/ programstruktur 1. m-filer 2. varfor program? 3. byggblock i pgm: satssekvenser, alternativ (if), repetitioner (loopar) 4. funktioner och funktionsanrop 5. att tanka pa innan man programmerar definition av problem, struktur, losningsmetod (kontinuerlig) debugging, dokumentation av/i pgm Investigate in the project!

30 Numeriska beräkningar i Naturvetenskap och Teknik
Other thoughts: Which velocity, in which direction, will give circular orbit? Is there a maximum velocity for a planet to stay in a closed orbit around the Sun? If the velocity is below the escape velocity, how does different start angles influence the shape of the orbit? Can you create ellipses and circles from the same starting speed? If a small planet passes close by another planet (e.g. an elliptic orbit that passes close to a jupiter like planet) what will happen. Why? (Voyager slingshots). If we integrate what should be a closed orbit with bad precision what will happen? Del A, Tekniska Aspekter matlab 1. Kort historik, varfor berakningar med maskin? 2. lagniva-hogniva programering, koppling till CPU och instruktionsset (kort for att ge en ide) 3. kort jmf med andra programsprak, framforallt vad galler definitioner, tolkat resp. kompilerat 4. interaktiv anvandning av matlab (tar upp programmet pa skarmen i salen) 5. demo av baskunskaper: operatorer, prioordning, inf,nan, variabler, vektorer, matriser tilldelning, vektorisering, matrisoperationer, notation (kolonnotation etc) teckenstrangar, lasa & skriva filer, skapa figurer, 1D-2D plottar b/ programstruktur 1. m-filer 2. varfor program? 3. byggblock i pgm: satssekvenser, alternativ (if), repetitioner (loopar) 4. funktioner och funktionsanrop 5. att tanka pa innan man programmerar definition av problem, struktur, losningsmetod (kontinuerlig) debugging, dokumentation av/i pgm

31 Numeriska beräkningar i Naturvetenskap och Teknik
Orbital motionρ(t) Del A, Tekniska Aspekter matlab 1. Kort historik, varfor berakningar med maskin? 2. lagniva-hogniva programering, koppling till CPU och instruktionsset (kort for att ge en ide) 3. kort jmf med andra programsprak, framforallt vad galler definitioner, tolkat resp. kompilerat 4. interaktiv anvandning av matlab (tar upp programmet pa skarmen i salen) 5. demo av baskunskaper: operatorer, prioordning, inf,nan, variabler, vektorer, matriser tilldelning, vektorisering, matrisoperationer, notation (kolonnotation etc) teckenstrangar, lasa & skriva filer, skapa figurer, 1D-2D plottar b/ programstruktur 1. m-filer 2. varfor program? 3. byggblock i pgm: satssekvenser, alternativ (if), repetitioner (loopar) 4. funktioner och funktionsanrop 5. att tanka pa innan man programmerar definition av problem, struktur, losningsmetod (kontinuerlig) debugging, dokumentation av/i pgm

32 Numeriska beräkningar i Naturvetenskap och Teknik
Orbital motionρ(t) This integral can in principle be solved t(ρ) but its inversion ρ(t) is not possible in ”simple functions”. The same is true for the angle as a function of time. Del A, Tekniska Aspekter matlab 1. Kort historik, varfor berakningar med maskin? 2. lagniva-hogniva programering, koppling till CPU och instruktionsset (kort for att ge en ide) 3. kort jmf med andra programsprak, framforallt vad galler definitioner, tolkat resp. kompilerat 4. interaktiv anvandning av matlab (tar upp programmet pa skarmen i salen) 5. demo av baskunskaper: operatorer, prioordning, inf,nan, variabler, vektorer, matriser tilldelning, vektorisering, matrisoperationer, notation (kolonnotation etc) teckenstrangar, lasa & skriva filer, skapa figurer, 1D-2D plottar b/ programstruktur 1. m-filer 2. varfor program? 3. byggblock i pgm: satssekvenser, alternativ (if), repetitioner (loopar) 4. funktioner och funktionsanrop 5. att tanka pa innan man programmerar definition av problem, struktur, losningsmetod (kontinuerlig) debugging, dokumentation av/i pgm

33 Numeriska beräkningar i Naturvetenskap och Teknik
Extra Del A, Tekniska Aspekter matlab 1. Kort historik, varfor berakningar med maskin? 2. lagniva-hogniva programering, koppling till CPU och instruktionsset (kort for att ge en ide) 3. kort jmf med andra programsprak, framforallt vad galler definitioner, tolkat resp. kompilerat 4. interaktiv anvandning av matlab (tar upp programmet pa skarmen i salen) 5. demo av baskunskaper: operatorer, prioordning, inf,nan, variabler, vektorer, matriser tilldelning, vektorisering, matrisoperationer, notation (kolonnotation etc) teckenstrangar, lasa & skriva filer, skapa figurer, 1D-2D plottar b/ programstruktur 1. m-filer 2. varfor program? 3. byggblock i pgm: satssekvenser, alternativ (if), repetitioner (loopar) 4. funktioner och funktionsanrop 5. att tanka pa innan man programmerar definition av problem, struktur, losningsmetod (kontinuerlig) debugging, dokumentation av/i pgm

34 Numeriska beräkningar i Naturvetenskap och Teknik
Variable substitution... Half major axis Eccentric anomaly Mean anomaly (ohmega constant, if e=0) Actual angle = true anomaly) Del A, Tekniska Aspekter matlab 1. Kort historik, varfor berakningar med maskin? 2. lagniva-hogniva programering, koppling till CPU och instruktionsset (kort for att ge en ide) 3. kort jmf med andra programsprak, framforallt vad galler definitioner, tolkat resp. kompilerat 4. interaktiv anvandning av matlab (tar upp programmet pa skarmen i salen) 5. demo av baskunskaper: operatorer, prioordning, inf,nan, variabler, vektorer, matriser tilldelning, vektorisering, matrisoperationer, notation (kolonnotation etc) teckenstrangar, lasa & skriva filer, skapa figurer, 1D-2D plottar b/ programstruktur 1. m-filer 2. varfor program? 3. byggblock i pgm: satssekvenser, alternativ (if), repetitioner (loopar) 4. funktioner och funktionsanrop 5. att tanka pa innan man programmerar definition av problem, struktur, losningsmetod (kontinuerlig) debugging, dokumentation av/i pgm

35 Numeriska beräkningar i Naturvetenskap och Teknik
After this substitution... Kepler’s third law (can also be found from geometrical considerations) Del A, Tekniska Aspekter matlab 1. Kort historik, varfor berakningar med maskin? 2. lagniva-hogniva programering, koppling till CPU och instruktionsset (kort for att ge en ide) 3. kort jmf med andra programsprak, framforallt vad galler definitioner, tolkat resp. kompilerat 4. interaktiv anvandning av matlab (tar upp programmet pa skarmen i salen) 5. demo av baskunskaper: operatorer, prioordning, inf,nan, variabler, vektorer, matriser tilldelning, vektorisering, matrisoperationer, notation (kolonnotation etc) teckenstrangar, lasa & skriva filer, skapa figurer, 1D-2D plottar b/ programstruktur 1. m-filer 2. varfor program? 3. byggblock i pgm: satssekvenser, alternativ (if), repetitioner (loopar) 4. funktioner och funktionsanrop 5. att tanka pa innan man programmerar definition av problem, struktur, losningsmetod (kontinuerlig) debugging, dokumentation av/i pgm

36 Numeriska beräkningar i Naturvetenskap och Teknik
Generally at time t Kepler’s equation Del A, Tekniska Aspekter matlab 1. Kort historik, varfor berakningar med maskin? 2. lagniva-hogniva programering, koppling till CPU och instruktionsset (kort for att ge en ide) 3. kort jmf med andra programsprak, framforallt vad galler definitioner, tolkat resp. kompilerat 4. interaktiv anvandning av matlab (tar upp programmet pa skarmen i salen) 5. demo av baskunskaper: operatorer, prioordning, inf,nan, variabler, vektorer, matriser tilldelning, vektorisering, matrisoperationer, notation (kolonnotation etc) teckenstrangar, lasa & skriva filer, skapa figurer, 1D-2D plottar b/ programstruktur 1. m-filer 2. varfor program? 3. byggblock i pgm: satssekvenser, alternativ (if), repetitioner (loopar) 4. funktioner och funktionsanrop 5. att tanka pa innan man programmerar definition av problem, struktur, losningsmetod (kontinuerlig) debugging, dokumentation av/i pgm Only numerical solution How find ρ(t)? Gives ρ for this t!

37 Numeriska beräkningar i Naturvetenskap och Teknik
Two body problem For two interacting bodies the mass above is substituted by the so-called reduced mass Del A, Tekniska Aspekter matlab 1. Kort historik, varfor berakningar med maskin? 2. lagniva-hogniva programering, koppling till CPU och instruktionsset (kort for att ge en ide) 3. kort jmf med andra programsprak, framforallt vad galler definitioner, tolkat resp. kompilerat 4. interaktiv anvandning av matlab (tar upp programmet pa skarmen i salen) 5. demo av baskunskaper: operatorer, prioordning, inf,nan, variabler, vektorer, matriser tilldelning, vektorisering, matrisoperationer, notation (kolonnotation etc) teckenstrangar, lasa & skriva filer, skapa figurer, 1D-2D plottar b/ programstruktur 1. m-filer 2. varfor program? 3. byggblock i pgm: satssekvenser, alternativ (if), repetitioner (loopar) 4. funktioner och funktionsanrop 5. att tanka pa innan man programmerar definition av problem, struktur, losningsmetod (kontinuerlig) debugging, dokumentation av/i pgm Three body problem... Many tried to solve it (Poincare and others) but no solution exists in simple analytical form. Power series expansions exist. The problem has a very interesting background story. As an example, find and read on your own the story behind the Mittag-Leffler prize.

38 Numeriska beräkningar i Naturvetenskap och Teknik
Notera att volymelementet i cylinderkoordinater är: Del A, Tekniska Aspekter matlab 1. Kort historik, varfor berakningar med maskin? 2. lagniva-hogniva programering, koppling till CPU och instruktionsset (kort for att ge en ide) 3. kort jmf med andra programsprak, framforallt vad galler definitioner, tolkat resp. kompilerat 4. interaktiv anvandning av matlab (tar upp programmet pa skarmen i salen) 5. demo av baskunskaper: operatorer, prioordning, inf,nan, variabler, vektorer, matriser tilldelning, vektorisering, matrisoperationer, notation (kolonnotation etc) teckenstrangar, lasa & skriva filer, skapa figurer, 1D-2D plottar b/ programstruktur 1. m-filer 2. varfor program? 3. byggblock i pgm: satssekvenser, alternativ (if), repetitioner (loopar) 4. funktioner och funktionsanrop 5. att tanka pa innan man programmerar definition av problem, struktur, losningsmetod (kontinuerlig) debugging, dokumentation av/i pgm