x032.h

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#pragma once

#include "xmath.h"
#include "xmodel.h"
#include "xphysics.h"

namespace nmx::apps::x032 {

using gravitation::Earth;

enum Idx {
    EKIN_MAX = 0, // maximale kinetische Energie
    EPOT_MAX = 1, //maximale potenzielle Energie
    Y_MAX = 2, //maximale Höhe
    V0P = 3, //Geschwindigkeit direkt nach dem Stoß
    THETA_MAX = 4, //maximaler Winkel
    IMPULS = 5 // Kraftstoß
};

class X032 : public XModel, public CResult<6, Idx>
{
private:
    double _mass; //Gesamtmasse=Masse der Kugel + Masse des Blocks
    std::array<double, 2> _bullet_velocity; // Kugelgeschwindigkeit
public:
    // Eingabeparameter
    const double mbullet; //Masse der Kugel
    const double mblock; //Masse des Blocks
    const double length; //Länge des Pendels

public:
    inline X032(double m1, double m2, double l)
        : XModel{ __func__ }
        , mbullet{ m1 }
        , mblock{ m2 }
        , length{ l } {
        //sind alle Eingaben gültig ?
        Check::all(nmx_msg, { m1 > 0, m2 > 0, l > 0 });
        _mass = m1 + m2; //berechne die Gesamtmasse
    }

    inline void exec(double v0, double phi0) {
        _bullet_velocity = { v0, phi0 }; //speichere Geschwindigkeit
        const double g = Earth::g;
        //berechne cos(theta_max)
        const double tmp = pow((mbullet * v0 * cos(phi0)) / _mass, 2);
        const double cosThetaMax = 1 - 1 / (2 * g * length) * tmp;
        //Wertezuweisung der internen Variablen
        set_result(V0P, mbullet * v0 * cos(phi0) / _mass);
        set_result(EKIN_MAX, 0.5 * _mass * pow(get(V0P), 2));
        set_result(EPOT_MAX, get(EKIN_MAX));
        set_result(Y_MAX, get(EKIN_MAX) / (g * _mass));
        set_result(THETA_MAX, acos(cosThetaMax));
        set_result(IMPULS, -mbullet * v0 * sin(phi0));
    }

    inline const auto &bullet_velocity() const { //
        return _bullet_velocity;
    }
}; //X032

inline void run() {
    //Modellklasse: Masse der Kugel, Masse des Blocks, Länge des Pendels
    X032 xobj{ 20.0_g, 4.0, 1.5 };

    //für eine Reihe von Geschwindigkeitsbeträgen
    for (double v0 = 200; v0 < 700; v0 += 100) {
        //für jede Kugelgeschwindigkeit (Betrag) wird eine Zahlentabelle
        //mit 6 Spalten erzeugt
        Data<6> data;
        //für eine Reihe von Winkeln
        for (double p0 = -60.0_deg; p0 <= 10.0_deg; p0 += 10.0_deg) {
            xobj.exec(v0, p0);
            data += { v0,
                      Math::to_degrees(p0),
                      Math::to_degrees(xobj(Idx::THETA_MAX)), //
                      xobj(Idx::Y_MAX),
                      xobj(Idx::EKIN_MAX),
                      xobj(Idx::IMPULS) };
        }
        //öffne Dateien  mit Namen bestehend aus Namen der Modellklasse
        // den Geschwindigkeitsbetrag und Suffix
        // (z.B. x032-200.tex und x032-200.csv)
        //(eindeutiger Name der Datei durch den Geschwindigkeitsbetrag)
        X032::save(data, Output::latex, v0);
        X032::save(data, Output::plot, v0);
    }
}

} // namespace nmx::apps::x032