Freie Masse

Das Hinzufügen einer freien Masse ist ähnlich wie das Hinzufügen eines freien geometrischen Punktes. Der einzige Unterschied besteht darin, dass Massepartikel mit dem Modus „Freie Masse" hinzugefügt werden müssen, während freie Punkte mit dem Modus Punkt hinzufügen hinzugefügt werden.

Ohne das Vorhandensein von Kräften oder Geschwindigkeiten unterscheidet sich eine freie Masse nicht von einem geometrischen Punkt. (Es gibt nur einen sehr geringen Unterschied zwischen freien Massen und geometrischen Punkten, da Massen standardmäßig in einer etwas helleren Farbe gezeichnet werden, damit man sie in einer Zeichnung leicht erkennen kann.)

Sobald ein physisches Objekt (zum Beispiel eine Masse) hinzugefügt wird, erscheint ein Animationssteuerpanel in der geometrischen Ansicht. Wenn die Wiedergabetaste nicht ausgewählt ist, verhalten sich Massen wie geometrische Punkte. Durch Drücken der Wiedergabetaste wird die Physik-Simulation gestartet. Wenn der Masse eine Geschwindigkeit zugewiesen wurde, beginnt die Masse, sich automatisch zu bewegen. Wenn die Masse von Kräften beeinflusst wird (z. B. von einer Feder oder von der Schwerkraft), ändert sich die Geschwindigkeit der Masse gemäß der Kraft, während sich die Masse bewegt. Die Änderung der Geschwindigkeit pro Zeiteinheit wird Beschleunigung genannt. Die Beschleunigung einer Masse in Reaktion auf eine Kraft wird durch die Gleichung geregelt

Hier ist Kraft die Vektorsumme aller Kräfte, die auf die Masse wirken.

Inspizieren von Massen¶

Die grundlegenden Eigenschaften einer Masse können mit der Physik-Registerkarte (dies ist die vierte Registerkarte in der oberen Reihe) des Inspektors eingestellt und geändert werden. Der Physik-Inspektor für eine allgemeine Masse sieht wie folgt aus:

Die Bedeutung der verschiedenen Einträge ist wie folgt:

• Masse: Dies ist der Wert der physikalischen Masse des Objekts. Gemäß der Formel Beschleunigung = Kraft/Masse ist die Beschleunigung eines Partikels größer bei kleineren Massen, wenn die Kraft konstant ist. Dies kann als das zentrale Trägheitsgesetz betrachtet werden. (Daher ist es bei der gleichen Kraft viel einfacher, einen Tennisball zu drücken als ein Auto.) Andererseits beeinflusst die Masse auch die Gravitationskraft, die auf ein Partikel wirkt. Eine Gravitationskraft ist proportional zur Masse eines Objekts. (Daher werden schwere Objekte stärker von der Schwerkraft beeinflusst als leichte Objekte. Die Gravitationskraft auf einen Tennisball ist viel kleiner als auf ein Auto.). Zum Beispiel heben sich bei freiem Fall die beiden oben genannten Effekte genau auf, so dass ein Auto in einem Feld mit konstanter Schwerkraft genau so schnell fällt wie ein Tennisball.

• Reibung: In einer üblichen Umgebung auf der Erde kommt ein Ball, der über eine ebene horizontale Fläche rollt, irgendwann zum Stillstand. Der Grund dafür ist Reibung. Im Prinzip kann Reibung als eine Kraft betrachtet werden, die in die entgegengesetzte Richtung der Bewegung wirkt. Diese Kraft führt dazu, dass sich bewegende Objekte im Laufe der Zeit verlangsamen. Bei den meisten physikalischen Simulationen, die Situationen des alltäglichen Lebens auf der Erde modellieren, ist es sinnvoll anzunehmen, dass Massen einer gewissen Reibung unterliegen. Im Gegensatz dazu ist es bei der Modellierung der Bewegung von Planeten oder Elektronen im Allgemeinen realistisch anzunehmen, dass keine Reibung vorhanden ist. Standardmäßig ist die Reibung, die Massen beeinflusst, auf Null gesetzt. Es ist auch möglich, einen globalen Reibungswert einzustellen, der dann auf alle Massen angewendet wird, im Umgebung-Inspektor.

• Ladung: Elektromagnetische Kräfte (Coulomb-Kraft und Lorentz-Kraft) wirken nur auf elektrisch geladene Partikel. Mit dem Ladungs-Schieberegler können Sie die Ladung auf einen bestimmten Wert einstellen. Ladungen können positiv oder negativ sein. Positive und negative Ladungen ziehen sich an, während gleiche Ladungen sich abstoßen. Die Ladung eines Partikels ist nur relevant, wenn entweder das Partikel an einer (Coulomb-)Wechselwirkung beteiligt ist oder die Checkbox „Ladungen verursachen Kräfte" im Umgebung-Inspektor aktiviert ist. Standardmäßig ist die Ladung einer Masse auf Null gesetzt.

• Radius: Normalerweise nimmt CindyLab an, dass Partikel punktförmige Objekte sind. Wenn jedoch die Checkbox „Massen sind Kugeln" im Umgebung-Inspektor aktiviert ist, verhalten sich Partikel wie Objekte mit einem Durchmesser ungleich Null, die sich gegenseitig abstoßen, wenn sie aufeinandertreffen. Dieser Schieberegler passt den Radius eines Partikels an. Standardmäßig ist der Radius auf 1,0 eingestellt.

• Fixiert: Normalerweise sind Massen frei beweglich. Wenn diese Checkbox jedoch aktiviert ist, wird die Masse nicht von der Physik-Simulationsengine bewegt. Es ist wichtig zu wissen, dass die Masse auch wenn diese Checkbox aktiviert ist, immer noch gravitative oder elektrostatische Kräfte verursachen kann. Das folgende Bild zeigt die Bewegung von drei geladenen Partikeln in einem Käfig aus mehreren anderen ähnlich geladenen Partikeln. Die äußeren Partikel sind fixiert, damit sie sich nicht bewegen können.

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