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Physics Simulator

単振り子シミュレーター

振り子の長さ・初期角度・減衰比を設定してリアルタイムアニメーション。RK4数値積分で大角度の非線形挙動も正確に再現。周期・エネルギーを自動計算。

パラメータ設定
Presets
振り子長さ L 1.00 m
初期角度 θ₀ 30.0 °
減衰係数 b 0.00
0=減衰なし / 0.1=軽減衰 / 0.5=強減衰
重力加速度 g 9.81 m/s²
月:1.62 / 火星:3.72 / 地球:9.81
振り子の質量 m 1.0 kg
周期には影響しない(エネルギー計算用)
速度:
最大5件まで保存。チャートに破線で重ね描画されます。
周期 T(小角近似)[s]
精密周期(楕円積分)[s]
最大速度 v_max [m/s]
最大運動エネルギー [J]
最大位置エネルギー [J]
振り子アニメーション
角度 vs 時間

Theory

運動方程式(非線形):

$$\ddot{\theta} + \frac{b}{mL^2}\dot{\theta} + \frac{g}{L}\sin\theta = 0$$

周期(小角近似 sinθ ≈ θ):

$$T \approx 2\pi\sqrt{\frac{L}{g}}$$

精密周期(完全楕円積分):

$$T = 4\sqrt{\frac{L}{g}}\,K\!\left(\sin\frac{\theta_0}{2}\right), \quad K(k)=\int_0^{\pi/2}\frac{d\phi}{\sqrt{1-k^2\sin^2\phi}}$$

全エネルギー(減衰なし保存):

$$E = \frac{1}{2}mL^2\dot{\theta}^2 + mgL(1-\cos\theta)$$
CAE Applications: クレーン振れ止め制御の固有周期推定 / 地震応答解析の単自由度振動子モデル / RK4数値積分の誤差検証 / LS-DYNAやAbaqusにおける幾何学的非線形解析の概念理解。

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