/>/>/>/>/>/>/>
Курсовая работа по дисциплине
Высокоуровневые методыинформатики и программирования
на тему:
Движение тела, брошенногопод углом к горизонту: программное обеспечение
Содержание
Введение
1. Описание предметной области
1.1 Предметная область
1.1.1 Развитие направления
1.1.2 Движение тела, брошенного под углом к горизонту
2. Рабочий проект
2.1 Общие сведения о работе программе (на чем написано, какиетехнологии использованы)
2.2 Основные процедуры/классы системы
2.3 Инсталляция программного продукта
2.4 Руководство пользователя
2.5 Сообщения системы
2.6 Требования к техническому и программному обеспечению
2.6.1 Требования к программному обеспечению
2.6.2 Требования к техническому обеспечению
2.7 Тестирование системы
Заключение
Список литературы
Приложение 1. Блок-схема
Приложение 2. Программа на оптическом носителе
/>/>Введение
Меха́ника(греч. μηχανική — искусство построения машин)— область физики, изучающая движение материальных объектов и взаимодействие междуними. Важнейшими разделами механики являются классическая механика и квантовая механика.
Движение тела,брошенного под углом к горизонту, необходимо рассматривать, как криволинейное движение,которое в свою очередь является одним из разделов механики.
Целью даннойкурсовой работы является закрепление практических навыков программирования и разработка программы, />/>реализующей модель движения тела, брошенного под угломк горизонту.
Практическойзначимостью данной работы является автоматизация расчетов физических величин движениятела, брошенного под углом к горизонту и, как следствие, экономия времени преподавателейили студентов при решении указанной задачи.
движение тело программный обеспечение
1. Описание предметной области
1.1 Предметная область
Меха́ника(греч. μηχανική — искусство построения машин)— область физики, изучающая движение материальных объектов и взаимодействие междуними. Важнейшими разделами механики являются классическая механика и квантовая механика.
Движение тела,брошенного под углом к горизонту, необходимо рассматривать, как криволинейное движение,которое в свою очередь является одним из разделов механики.
1.1.1 Развитие направления
Изучение особенностейтакого движения началось довольно давно, еще в XVI веке и было связано с появлениеми совершенствованием артиллерийских орудий.
Представленияо траектории движения артиллерийских снарядов в те времена были довольно забавными.Считалось, что траектория эта состоит из трех участков: А — насильственного движения,В — смешанного движения и С — естественного движения, при котором ядро падает насолдат противника сверху (рис. 1.1).
/>
Рис. 1.1. Траекториядвижения артиллерийских снарядов
Законы полетаметательных снарядов не привлекали особого внимания ученых до тех пор, пока не былиизобретены дальнобойные орудия, которые посылали снаряд через холмы или деревья- так, что стреляющий не видел их полета.
Сверхдальняястрельба из таких орудий на первых порах использовалась в основном для деморализациии устрашения противника, а точность стрельбы не играла вначале особенно важной роли.
Близко к правильномурешению о полете пушечных ядер подошел итальянский математик Тарталья, он сумелпоказать, что наибольшей дальности полета снарядов можно достичь при направлениивыстрела под углом 45° к горизонту. В его книге «Новая наука» были сформулированыправила стрельбы, которыми артиллеристы руководствовались до середины ХVII века.
Однако, полноерешение проблем, связанных с движением тел брошенных горизонтально или под угломк горизонту, осуществил все тот же Галилей. В своих рассуждениях он исходил из двухосновных идей: тела, движущиеся горизонтально и не подвергающиеся воздействию другихсил будут сохранять свою скорость; появление внешних воздействий изменит скоростьдвижущегося тела независимо от того, покоилось или двигалось оно до начала их действия.Галилей показал, что траектории снарядов, если пренебречь сопротивлением воздуха,представляют собой параболы.Галилей указывал, что при реальном движении снарядов,вследствие сопротивления воздуха, их траектория уже не будет напоминать параболу:нисходящая ветвь траектории будет идти несколько круче, чем расчетная кривая.
Ньютон и другиеученые разрабатывали и совершенствовали новую теорию стрельбы, с учетом возросшеговлияния на движение артиллерийских снарядов сил сопротивления воздуха. Появиласьи новая наука – баллистика. Прошло много-много лет, и теперь снаряды движутся стольбыстро, что даже простое сравнение вида траекторий их движения подтверждает возросшеевлияние сопротивления воздуха.
На рисунке 1.2идеальная траектория движения тяжелого снаряда, вылетевшего из ствола пушки с большойначальной скоростью, показана пунктиром, а сплошной линией — действительная траекторияполета снаряда при тех же условиях выстрела.
/>
Рис. 1.2.
В современнойбаллистике для решения подобных задач используется электронно-вычислительная техника- компьютеры, а мы пока ограничимся простым случаем — изучением такого движения,при котором сопротивлением воздуха можно пренебречь. Это позволит нам повторитьрассуждения Галилея почти без всяких изменений.
1.1.2 Движение тела, брошенного под углом к горизонту
Точное описаниехарактера движения тела, брошенного под углом к горизонту возможно только при рассмотрениинекоторой идеальной ситуации. Будем считать, что влиянием воздуха на движение можнопренебречь.
На рисунке 1.3показана траектория движения шарика, брошенного под некоторым углом к горизонту.Траекторией движения называется кривая, отображающая положение тела в любой моментдвижения этого тела в выбранной системе координат. Как покажет дальнейший анализ,это знакомая из алгебры кривая, называемая параболой.
/>
Рис. 1.3. Траекториятела, брошенного под углом а к горизонту
Если пренебречьвлиянием воздуха на тело, то на тело, брошенное под углом к горизонту, как и натело, свободно падающее, или на тело, получившую начальную скорость, направленнуювертикально, действует только сила тяжести. Как бы тело не двигалось, сила тяжестиможет сообщить ему только ускорение g, направленное вниз. Этим и определяются и траектория движениятела, и характер его движения.
Пусть из некоторойточки O брошено тело с начальной скоростью v0, направленной под углом α к горизонту.Примем за начало отсчета координат точку, из которой брошено тело. Ось X направимгоризонтально, а ось Y – вертикально вверх. Из рисунка видно, что проекции вектораv0 на оси X и Y соответственно равны v0cosα и v0sinα:
/>
/>
Так как на телодействует только сила тяжести, то при движении тела будет изменяться только проекцияскорости v0y. Проекция же v0x изменяться не будет так же, как при прямолинейномравномерном движении:
/> (1)
Координата жеy изменяется так же, как при прямолинейном равномерном движении:
/> (2)
Чтобы найти траекториюдвижения тела, надо подставить в уравнения последовательно увеличивающиеся значенияt и вычислить координаты x и y и для каждого значения t при известных значенияхмодуля начальной скорости v0 и угла α. По полученным данным значениям x и yнанести точки, изображающие последовательное положение тела. Соединив их плавнойкривой, мы и получим траекторию движения тела. Она окажется подобной той, что изображенана рисунке 1.1. Уравнение траектории можно очень просто получить из выражений (1)и (2). Подставив выражение для времени, полученное из выражения (1) в выражение(2), легко получаем уравнение траектории движения шарика, которая оказывается параболической:
/>
2.Рабочий проект
2.1 Общие сведения о работе программе (на чем написано, какиетехнологии использованы)
Программа написанана языке высокого уровня Visual Basic.
При разработкебыли использованы следующие технологии:
· работа с массивамиданных;
· работа с таблицейDataGridView;
· работа с библиотекойZedGraph.dll и компонентом ZedGrarh, используемого для вывода графиков на экран;
· работа с компонентомMenuStrip, используемого для создания меню программы.
2.2 Основные процедуры/классы системы
В программе используютсяследующие основные процедуры:
1. Вычисление координатX и Y в момент времени t и заполнениесписка координат list1 данными:
Dim t As New Integer
Dim Vx, Vy, x, y, g, rad, b, a1 As Double
g = 9.80665
Vx = 0, Vy = 0
x = 0, y = 0
rad = Math.PI / 180
Dim list1 As New ZedGraph.PointPairList
Dim ex As New Boolean
ex = False
t = 0
While ex = False
Vx = V * Math.Cos(a * rad)
x = Vx * t
Vy = V * Math.Sin(a * rad)
y = Vy * t — g * t * t / 2
If y
Dim x1, x2, y1, y2 As Double
x2 = x
y2 = y
x1 = Vx * (t — 1)
y1 = Vy * (t-1) — g * (t-1) * (t-1) /2
a1 = (x2 — x1) / (y2 — y1)
b = y1 — a1 * x1
x = -b / a1
y = 0
ex = True
End If
list1.Add(x, y)
t = t + 1
End While
CreateGraph(zg1, list1)
zg1.Refresh()
2. Вывод графика на экран
Private Sub CreateGraph(
ByVal zg As ZedGraph.ZedGraphControl,
ByVal list1 As ZedGraph.PointPairList)
Dim myPane As ZedGraph.GraphPane
myPane = zg1.GraphPane
myPane.Title.Text = «Движение тела, брошенного
под углом к горизонту»
myPane.XAxis.Title.Text = «X(м)»
myPane.YAxis.Title.Text = «Y(м)»
myPane.CurveList.Clear()
myPane.AddCurve(«График функции»,list1,
Color.DarkGray, ZedGraph.SymbolType.VDash)
myPane.Chart.Fill = New ZedGraph.Fill(
Color.WhiteSmoke, Color.Azure, 45.0F)
myPane.Fill = New ZedGraph.Fill(Color.White,
Color.FromArgb(220, 220, 255), 45.0F)
zg1.AxisChange()
End Sub
Создание новыхклассов для реализации в программе методов движения тела, брошенного под углом кгоризонту, не потребовалось.
2.3 Инсталляция программного продукта
Программа нетребует предварительной установки. Необходимо лишь скопировать исполняемый файл«Движение тела, брошенного под углом к горизонту.exe» в папку «Program files» и запуститьего двойным нажатием мыши на значке приложения… При этом гарантируется полноценнаяработа данного приложением, даже если оно запущено не от имени администратора ПК.
При выдачи сообщения(рис. 2.1) об необходимо установить на компьютер microsoft.net framework 3.0. Дляэтого необходимо запустить файл «dotnetfx.exe» с диска и далее следовать указанияминсталлятора.
/>
Рис. 2.1. Сообщениеоб ошибке
2.4 Руководство пользователя
Тут вы пишетекак пользоваться вашей программой. В общем виде должно быть написано следующее.Запустили экзешник удивили форму(рис. Х1). На форме есть такие то такие то поляи нужны они для того то. Далее идет скриншот формы. После этого мы заполняем полязначениями и жмем кнопку. После этого на форме появляется решение (рис. Х2). Скриншотформы с решением. После этого мы выбиравем пункт меню такой то, видим то то (рисХ3). Далее выбираем пункт выход и программа завершает свою работу
После запускапрограммы «Движение тела, брошенного под углом к горизонту.exe» в папку «Program files» вниманию пользователя предоставляется удобное и понятноев использовании окно программы (рис. 2.2).
В указанном окнеесть поля «Начальная скорость» и «Угол к горизонту», предназначенные для заданияосновных параметров программы. Необходимо указать соответствующие параметры брошенногок горизонту тела. Программа автоматически выполнит необходимые вычисления и выведетграфик на экран. В таблице в правой части экрана выводятся значения высоты, угладвижения к горизонту, времени полета при изменении дальности полета по оси X на 1 м (рис. 2.3).
/>
Рис. 2.2. Главноеокно программы
/>
Рис. 2.3. Выводв таблицу промежуточных значений
При выделениилюбой строки в таблице, соответствующая точка подсветится красным цветом (рис. 2.4).
/>
Рис. 2.4. Выделениеточки на графике
2.5 Сообщения системы
При первом запускепрограмма может выдать ошибку, представленную на рисунке 2.1. Порядок ее устраненияописан в п. 2.3.
Никаких другихсообщений система не выдает, диапазоны вводимых данных контролируются автоматически.
2.6Требования к техническому и программному обеспечению
Разрабатываемая программа должна соответствовать следующим минимальнымтребованиям, обусловленным заданием к проекту.
2.6.1 Требования к программному обеспечению
· ОС — Windows NT/2000/XP/2003/Vista;
· Microsoft.net framework 3.0.
2.6.2Требования к техническому обеспечению
· IBM-совместимый компьютер с МП Intel PentiumIII или AMD K6 с тактовой частотой 500 МГц и выше;
· 64 MB ОЗУ;
· НЖМД со свободным пространством 1 МБ;
· Клавиатура;
· Мышь.
2.7 Тестирование системы
Программа тестироваласьна предмет наличия ошибок. На бумаге были рассчитаны эталонные значения высоты,угла и времени полета тела, брошенного под углов к горизонту, при заданных параметрахV0=10 и a=30. Полученные результаты представлены в таблице 2.1.
Таблица 2.1.ЭталонныезначенияДлина полета (м) Высота полета (м) Угол наклона к горизонту Время полета (с) 30 1 0,512 27,1112 0,1155 2 0,8932 20,8677 0,2309 3 1,1437 14,0612 0,3464 4 1,2634 6,8262 0,4619 5 1,2523 179,367 0,5774 6 1,1105 171,929 0,6928 7 0,8379 164,7538 0,8083 8 0,4346 158,0351 0,9238
Программа показалаидентичные результаты.
Заключение
/>Курсовой проект выполнен в среде MS Visual Studio 2008 с использованием языка высокого уровня Visual Basic.
Разработка проектапроходила в несколько стадий, заключавшихся в изучении предметной области задачи;изучении основных законов механики; разработке самой программы, позволяющей моделироватьдвижение тела, брошенного под углом к горизонту.
Результатом проделаннойработы стала программа, реализующая модель движения тела, брошенного под углом кгоризонту. Программный продукт был протестирован в системах MS Windows XP, MS Windows 2003. В процессе тестирования ошибок выявлено не было. Практическаяценность программы была доказана при сопоставлении скорости выполнения расчетоввручную и с использованием разработанной программы.
В течение разработкикурсовой работы закреплены практические навыки программирования, полученные на лабораторныхзанятиях по дисциплине «Высокоуровневые методы информатики и программирования»,углублены теоретические и практические знаний в области методологии программированияи разработки программных комплексов.
Так же курсоваяработа поспособствовала развитию навыков самостоятельного планирования и выполнениянаучно-исследовательской работы, получению опыта сбора и обработки исходного материала,анализа научно-технической литературы, справочников, стандартов и технической документации,приобретению навыков обоснования принимаемых проектных решений и профессиональногооформления проектной документации.
Список литературы
1.В.В. Лабор «Visual Basic: создание приложений для Windows.Практическое пособие для новичков и профессионалов» Минск, «Харвест», 2003 г.
2.Ч. Петцольд «Программирование для Microsoft Windows наBasic, Пер. с англ. – М,: издательско-торговый дом «Русская Редакция», 2002 г.
3.Алешкевич В.А. Деденко Л.Г. Караваев В.А., «Механика»,Академия 2004.
Приложение 1
Блок-схема
/>