我想模拟一个盒子内的粒子运动。当粒子撞击盒子中的 4 个墙壁之一时，我希望它们反弹回来。弹性碰撞【碰撞后速度变化图】[1]
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添加了更多代码。如果测试 (x,y,z) 限制，则更改。我知道当粒子撞击墙壁时，平行于墙壁的速度将保持不变，但垂直于墙壁的速度将变为 -v_perpendicular_vel_before
完整代码
fig0 = plt.figure()
fig1 = plt.figure()
n = 1000 # time steps
M = 1000. #[kg]
N = 1000 #10**5
a = 0
【问题讨论】：
标签： python matplotlib physics particles
我无法重现运行，因为您尚未发布完整代码；我是通过目视检查来做到这一点的。
除此之外，您还没有定义变量 k, T, m，所以我不知道速度的大小。上限是否足以让粒子完全跳过碰撞？如果 v*dt 可以 > tol*2，则您完全可以错过碰撞。当我编写这样的代码时，我确保 tol 以最大变化为界。
除此之外，您的位置更新是正确的。
当你用单个粒子运行它时会发生什么？你能让它从所有三堵墙上反弹吗？当你手动编码两个粒子沿一个维度直线相向时会发生什么？我想您在加载 10000 个粒子之前测试了这些基本功能。
我不确定您的代码中的 L 是什么；我唯一合理的想法是它是盒子尺寸的上限，我在你的情节上读为 1.2^10-6。
我看到的最大问题是您的 only 碰撞检查针对的是框的 x+ 侧。你没有检查其他维度或下限（0？），也没有一个粒子与另一个粒子的比较。因此，您将获得的唯一变化是让大约一半的粒子撞击右壁 (x+) 并反转方向。除此之外，一切都会永远漂移，x 值会不断减小。
处理弹跳
首先，让您的速度和位置表达式彼此同步：它们中的每一个都应该是一个三元组（元组或列表），因此您可以将它们索引在一起。您目前将它们作为粒子列表的第二个索引（好主意），但在其他地方有三个单独的变量（坏主意）。相反，让 newVel 成为一个列表，这样您就可以简单地遍历粒子并更新：
for dim in range(3):
if r[i, dim] < tol or # hit the lower wall
r[i, dim] > b - tol: # hit the upper wall
v[i, dim] = -v[i, dim]
另外，请适当更新职位；无需涉及本地临时变量：
for dim in range(3):
r[i, dim] += v[i, dim] * dt
编写一些服务函数
编写一些通用函数通常会有所帮助，只是为了在编写主代码时将它们排除在外。目前，您正在处理很多细节，而您一次只应该担心一种技术。例如，由于您要处理粒子碰撞，因此您需要计算距离。不要将其保留在活动代码的中间；只需编写一个函数即可。例如：
def dist(a, b): # a, b are positions: triples of coordinates
return math.sqrt(sum([(a[dim] - b[dim])**2 for dim in range(3)]))
我不会评论如何实现粒子碰撞，因为你还没有表现出任何解决问题的努力，而且你还没有到攻击那个扩展的地步。首先，让这部分工作：一个粒子弹跳，然后两个粒子弹跳，然后可能是 4 个粒子，以表明您可以对任意数量的粒子进行此操作。
一旦你有了它，你就可以担心粒子碰撞了。 当你到了那个地步，好好尝试一下；如果您遇到困难，请发布一个新问题。
【讨论】：