圆周运动的数值模拟
重置模拟
这里直接规定向心加速度:a = -ω² r。它等价于“力始终指向圆心且大小与半径成正比”,从而得到理想匀速圆周运动。
r 是从中心指向小球的位置向量,v 是速度向量,a 是瞬时加速度向量。图中带箭头的线段就是 a,箭头方向指向圆心,长度表示大小。
显式欧拉法用“当前速度”更新位置、用“当前加速度”更新速度,不是辛积分,因此能量会系统性漂移并最终发散; 减小模拟步长 Δt 可以显著放慢发散速度,但无法从根本上消除。
模拟步长 Δt
0.160
Semi‑Euler(半隐式/辛欧拉)先用当前加速度更新速度,再用“新速度”更新位置(v 先、r 后),因此能量行为通常明显优于显式欧拉。 Verlet 通过在一步内使用“起点与终点的加速度平均值”来更新速度,同时更新位置包含二阶项, 这种时间对称与二阶精度会让能量误差主要表现为小幅振荡,而非单向漂移,因此整体能量漂移更小。
轨迹时长
1.8