Következő lapNyíl a következő lapra

Fizlab (MyPhysicsLab.hu)

Fizikai szimulációk Javával

This page is part of the website prepared by Sándor Nagy with kind permission from Erik Neumann as a translation to Hungarian of his original site MyPhysicsLab—Physics Simulation with Java.
Nagy Sándor megjegyzése: Erik Neumann lapjainak magyarítása kissé lassan halad, de a szimulációkkal lényegében elkészültem. A magyarított szimcsomag (Fizlab.jar) offlájn használatra letölthető.

Ugrás a Természettudományos Ismeretterjeszto Tartalmak oldalra!

Kattintson az alábbi fizikai szimulációs ikonok egyikére. A kattintásra valós időben mozgó animáció jön elő, mely interakcióra képes, azaz objektumokat mozgathat rajta az egérrel, paramétereket állíthat rajta, mint pl. a gravitáció(s gyorsulás SI egységben). A paraméterablakban tizedes vessző látszik ugyan, de a Java a tizedes pontot érti, ezért a felülírás során vessző helyett pontot kell használni. A paramétereket nem elég a megfelelő ablakba beírni: beírás után az Enter billentyűvel jelezzük a szimulációnak, hogy mostantól az új érték érvényes. Ha eddig nem történt volna meg a gépén a Java telepítése, most ideje megtennie az előző link segítségével, mert a nélkül nem működnek a szimulációk. Blogspot Feltétlenül nézze meg ezt az illusztrált útmutatómat: Hogyan vehető rá a Java 7.51 a Java appletek lejátszására?

Rugó + tömeg
Rugó
Rugótandem
Rugótandem
Inga
Inga
Kaotikus inga
Kaotikus inga
Ingatandem
Ingatandem
2D rugó
2D rugó
2D rugótandem
2D rugótandem
Ütköző tömbök
Ütköző tömbök
Kocsi ingával
(féderes :-) Kocsi ingával
Himbálódzó pálca
Himbálódzó pálca
Merev testek ütközése
Ütköző merev testek
Szumós játék
Szumós játék
Hullámvasút
Hullámvasút

Hullámvasút rugóval
Hullámvasút rugóval
Hullámvasút 2 golyóval
Hullámvasút
2 golyóval
Hullámvasút repüléssel
Hullámvasút
repüléssel
Molekula-2
Molekula-2
Molekula-3
Molekula-3
Molekula-4
Molekula-4
Molekula-5
Molekula-5
Molekula-6
Molekula-6
A következő ikonokhoz linkelt oldalakról elérhető szimulációk videók, interaktivitás nélkül.
Folyadékdinamika
Folyadékdinamika
Reakció–diffúzió
Oszcilláló reakciók

Hogy működik?

A szükséges matekot és fizikát az egyes szimulációk lapján találjuk. A szabad forráskód rendelkezésükre áll azoknak, akik maguk szeretnének kísérletezni a fejlesztésükkel. Íme néhány további lap a mögöttes matekról és informatikáról.

Segítség és GYIK – Hogy lehet működésre bírni a szimulációkat és egyebek
Differenciálegyenletek – Fájdalommentes bevezetés a diffegyenletekbe
Differenciálegyenletek osztályozása – A diffegyenletek rendszertana
Numerikus megoldások – Hogy lehet erőlködés nélkül megoldani diffegyenleteket
A Runge–Kutta-módszer – A legjobb numerikus módszer diffegyenlet-megoldásra
Matekfrissítő azok számára, akiknek kissé berozsdásodott már a matektudásuk (a dallam még megvan, de a szöveg már nincs, vagy fordítva :-)
Linkek a kapcsolatos matekos, fizikai és szimulációs webhelyekre
Matematika megjelenítése a weben – Megjegyzések arról, hogyan érdemes/lehet a matematikát megjeleníteni a neten

Mért pont fizikai szimulációk?

Ezek a szimulációk a következőkre használhatók: Remélem, hogy a szórakozás mellett mindenki tanul egy kicsit a mögöttes matematikai és fizikai tartalomról is.

A szimulációk alapvetően szükségesek a tudomány és technika számos területén. Mihelyt bonyolultabb problémákkal találkozunk, nagyon nehéz a tiszta matematikával kikövetkeztetni, hogy mi is fog történni. Ilyenkor a tudomány művelői és a mérnökök matematikai modellt állítanak fel, melyet numerikus módszerek segítségével működtetnek egy komputeren.

Magamról

Erik Neumann photo Üdv a magyar látogatónak! Erik Neumann vagyok, az eredeti webhely – a MyPhysicsLab—Physics Simulation with Java – gazdája. Seattle-ben élek, az USA Washington nevű államában, mely nem tévesztendő össze Washington D.C.-vel, országunk fővárosával. Önalkalmazott szoftverfejleszőként tevékenykedem. Ennek a webhelynek az eredetijét 2001 körül kezdtem el fejleszteni: részben személyes projektként, melynek célja az volt, hogy közben tanuljak egy kis természettudományos számítógépezést is; részben pedig azért, hogy egy onlájn tudományos múzeumot hozzak létre.Ugyanis Chicagóban cseperedtem fel, a Museum of Science and Industry (Természettudományos és Ipari Múzeum) közelében, ahová imádtam járni, hogy a tudományról és a matekról tanuljak.

1978-ban szereztem BSc diplomát matematikából az ohioi Oberlin College-ban. Minálunk ezt a végzettséget BA-nak rövidítik, mert a matematikát nem a természettudományok (science), hanem a művészetek (arts) közé soroljuk. 1984-ben szereztem egy MBA-t is a University of Chicago egyetemen. Első szoftveres állásom az APL nyelvvel állt kapcsolatban. Ezt a programozási nyelvet nagyon kedveltem matekszerű tömörsége és teljesítőképessége miatt.

Abban a szerencsében volt részem, hogy 1985 elején kapcsolatba kerültem a Macintosh-szoftverek fejlesztésével, s csatlakoztam a MacroMindhoz (ebből lett később a Macromedia). A MacroMind egyik alelnökeként (VP of Engineering titulussal) 5 éven keresztül irányítottam a szoftverfejlesztést. Legjelentősebb termékünk a VideoWorks volt, melyet később Directornak (azaz Rendezőnek) kereszteltek át, mely még ma is létezik Adobe Director néven. Az 1980-as években a mára már hétköznapivá vált interaktív média fogalma teljesen új volt és még a fejlődés kezdetét élte. A VideoWorks lényegében egy animációs eszköz volt, de már programozható interaktivitással is rendelkezett. Abban az időben a fő versenytársaink a HyperCard, a SuperCard és az Authorware voltak. A Directort különböző célokra használták. Arra vagyok a legbüszkébb, hogy a 90-es években ez volt a preferált eszköz a szoftverek felhasználói felületének prototípuskészítéséhez. A Directort az ún. "guided tour"-ok (bevezető prezentációk) készítéséhez is felhasználta a Macintosh a kezdeti években. És persze a Directort mindenféle művészeti, dizájn- és marketingprojektben is alkalmazták.

Munkámat az Apple Computernél folytattam új multimédia- és felhasználóifelület-koncepciók kialakításával, melyek digitális eszközöket, animált felhasználói felületeket, beszédfelismerést és az osztott információ elérését (distributed information access) érintették. 1991-ben lázas munka kezdődött, amikor is az Apple és az IBM stratégiai partnerséget igyekezett kialakítani. Jómagam is részt vettem a szupertitkos tárgyalásokban, és tettem egy javaslatot arra vonatkozóan, hogy a világnak szüksége volna egy olyan standardra a multimédiához, hogy a multimédiatartalmak fejlesztői számíthassanak rá mint a publikálás eszközére (végül is ez a cél valósult meg a HTML létrejöttével). Ezekre a javaslatokra volt a válasz a Kaleida Labs megalapítása. Ottani munkánk eredményezte a ScriptX létrejöttét, mely, mint kiderült, nagyon hasonló volt a Sun-féle Javához (melyet egyidejűleg fejlesztettek ki). A ScriptX célja az volt, hogy mindenféle multimédiát támogasson (szöveget, képeket, audiót, videót, animációkat stb.), több platformon működött (Mac és Windows), interpretált, objektumorientált volt, szemétgyűjtővel rendelkezett a gépmemória jobb kihasználása végett (ami akkoriban nagyon fontos szempont volt).

Ezután Seattle-be költöztem, és figyelmem újra a matematika és a természettudományok felé fordult. Újratanultam a differenciál- és integrálszámítást, megoldva az összes feladatot a régi főiskolai tankönyvemben, és további matematikakurzusokat vettem fel a University of Washingtonon. Akkor kezdtem el fejleszteni ezt a webhelyet, hogy közben gyakoroljam azt, amit tanultam. Nagyon örülök annak, hogy ma már olyan kiváló eszközöket használhatok mint a HTML és a Java, és így másokra hagyhatom az efféle eszközök fejlesztését. Továbbra is ügyködöm fizikai szimulációk készítésén: számos szimulációm jelenleg is fejlesztés alatt van.

Mostanában dolgoztam egy új matematikai projekten is. A neve FunctionLab (FüggvényLabor), mely hasonlít egy kézi grafikus kalkulátorhoz: különféle beírt függvények megjelenítésére való eszköz. Ezt a munkát barátom és hegymászótársam, Greg Langkamp, kérésére végeztem el, aki az enviromath.com-nál használja az oktatáshoz, mely a matematikával és a környezettudománnyal egyaránt kapcsolatos.

A Kaleida idejéből két szabadalomnak vagyok társszerzője: No. 5,475,811 "Rewinding time-based script sequences", and No. 5,452,435 "Synchronized clocks and media players". Az 1995-ös MacWorld Expón Multimedia Pioneer Awardban részesültem.

kabol logo Az eredeti webhelyet a Canadian Mathematics Society (Kanadai Matematikai társaság) Knot a Braid of Links projektje „a hét cool matematikai webhelye” címmel méltányolta.

A fordító megjegyzése: A „Knot a braid of links” matekos szójáték több asszociációs réteggel. A knot (mint csomó) egyrészt a knot theory (csomóelmélet) alapfogalma. A knot (mint csomóz) a braid (mint fonat) főnévvel is társítható, ugyanakkor az ejtése ugyanaz, mint a not (nem) szóé. Ezek a szavak két értelmet nyernek a link (mint láncszem) szóval együtt kimondva. Továbbá létezik egy braid theory nevű topológiai elmélet is, melyben a link (mint lánc) ugyanúgy szerepet játszik, mint a csomóelméletben (mondhatni: the two of them are linked together). Végül a link (mint hiperhivatkozás → hivatkozott weblap) is benne van a pakliban (méghozzá a legfelső lapként), hiszen a kapcsolatos webhely érdekes matematikai linkeket népszerűsít.

A fordító utószava

Mottó: 'the ones who are crazy enough to think that they can change the world, are the ones who do' (Steve Jobs, 1955-2011)

Ez a webhely nemcsak a fizikáról és a kapcsolatos matekról szól, hanem feltárja a szimulációprogramozás számos műhelytitkát is, rámutatva az egyes szimulációk gyenge pontjaira.
Ez a komplexitás önmagában is elég okot adhatott volna ahhoz, hogy az egész webhely lefordítására kérjek engedélyt a szerzőtől. Megelégedhettem volna ugyanis a bárki számára elérhető Java forráskód magyarításával, majd kompilálásával is. Mindazonáltal voltak személyes indítékaim is az engedélykérésre, és megelégedéssel tölt el, hogy a szerző a magyarított hely publikussá tétele után ezt írta egyik levelében: "I'm lucky to have you do this translation".
Most pedig néhány szót a személyes indítékokról:
Egyrészt (ami a matekot illeti) nagyjából egykorúak vagyunk Erikkel. Igaz ugyan, hogy vegyészi oklevelemet (kb. MSc) már 1972-ben megszereztem (amiből a szerzőt kb. 8 évvel fiatalabbnak sejtem magamnál), de az alkalmazott matematikai abszolutóriumomat (hm... mondhatom BSc-nek?) csak 1979-ben írta alá Schipp Ferenc dékánhelyettes úr.
A másik ok a Macintosh iránti közös szimpátiánk – bár én már régóta Windwsos gépet használok, mint mindenki más a környezetemben, aki nem Linuxost.
Amikor 1979-80 között először jártam az USA-ban, még ott is csak mainfraime komputerek voltak lyukkártyaolvasóval, lyukszalagolvasóval, ill. ottlétem alatt valósult meg a spektrumadatok elektronikus átküldésének lehetősége telefonmodemen keresztül a Mössbauer-laborból egyenest a számítóközpontba.
Ha az EMG 666-ot és a Commodore 64-et elfelejtem (mik is ezek? :), akkor leegyszerűsítve azt mondhatom, hogy első meghittebb találkozásom az asztali számítógéppel második amerikai utam során történt (1987-89-ben), amikor a Drexel University jóvoltából alkalmam nyílt egyrészt MS-DOS operációs rendszerű PC-t használni mérésvezérlésre, másrészt Macintosh-t minden egyébre, kivéve a spektrumkiértékeléseket, melyek akkoriban még mindig nagy gépen mentek. A Maceknek már akkor olyan volt a felhasználói felületük, mint a későbbi Windowsé lett. (Az ilyen ikonhuzogatós, ablaknyitogatós, egérkattintgatós dolgokat a PiciPuha – ahogy sokan becézik kedveskedve a MicroSoftot – még évekig gyerekes játszadozásnak tartotta.) A Mac tervezői a manapság WYSIWYG-nek aposztrofált alkalmazások hívei voltak. Ilyen volt a MacWrite-juk, no és persze később ilyen lett az MS Word is. (A WYSIWYG-szoftvereket magyarul talán ALAK-orientált alkalmazásnak lehetne hívni: Amit Látsz, Azt Kapod = What You See Is What You Get.) A Szofi és a HABÓ (The BFG) c. meseregény-fordításomat is kölcsön Macintoshon gépelte le feleségem Philadelphiában a macskakaparásom alapján (egyenként rakva fel az ékezeteket a MacWrite-ban), miközben a csöpp Annát – egyetlen amerikai rokonunkat – pesztrálta, akit majdnem Szofinak kereszteltünk el.
Kicsivel később Erik Neumann (aki nem árulta el, hogy van-e köze Neumann Jánoshoz) nyakig benne volt több olyan Maces szoftverfejlesztésben, ami számomra akkoriban már ismerős volt, ha nem is konyítottam hozzá. Érdekessé teszi számomra az is a személyét, amiért és ahogy ennek a webhelynek a megalkotására vállalkozott. Ezért is szerettem volna ezt a helyet az eredeti alakjában rekonstruálni. A tartalomhoz is csak azért nyúlok hozzá itt-ott, mert szeretném minél jobban kielégíteni a magyar felhasználók vélt igényeit.
Apropó igények. Az alábbi számlálót kb. egy héttel a még (enyhén szólva:) nem teljesen magyarított hely közzététele után helyeztem el ezen a Kezdőlapnak elkeresztelt oldalon. Azért van itt, mert szeretem tudni, mennyire térül meg fáradozásom az ilyen önkéntes projekteken. Egyetlen fizetségem ugyanis, ha látom: nem dolgoztam hiába, mert használják azt, amit csináltam. És ebben, valószínűleg, nem különbözöm Erik Neumanntól, aki aligha lett milliomos a virtuális múzeuma bevételeiből, minthogy a belépés díjtalan (diákok és nyugdíjasok a felét fizetik).

2011. szeptember 4. óta counter alkalommal nyitották meg ezt az oldalt a page counter tanúsága szerint. Nagyon remélem: nem mindannyiszor én voltam, hogy lássam, nőtt-e végre a látogatók száma...