Ich untersuche einen bestimmten Fall des eingeschränkten Drei-Körper-Problems. Es wurde festgestellt, dass einige Objekte einem Hufeisenbahnmuster folgen, und ich versuche, etwas durch einen Integrationscode in C zu sortieren. Ich folge einigen Ratschlägen im Artikel Familien periodischer Hufeisenbahnen im eingeschränkten Drei-Körper-Problem . Das gibt mir ideale Anfangsbedingungen und die Gleichungen im Schwerpunktsystem. (m ist die Masse der Erde und die sich daraus ergebende Position der Sonne im Massenschwerpunkt-Bezugssystem (x, y) sind die Koordinaten des dritten Körpers, die als masselos angenommen werden (wie es das eingeschränkte Problem erfordert).
Die Positionen von "Sonne" und "Erde" sind im gleichen Bezugssystem auf (m, 0) und (m-1,0) festgelegt. (rotierendes Bezugssystem, vorausgesetzt, die Erde hat eine kreisförmige Umlaufbahn.)
Aus all dem habe ich die Gleichungen berechnet, um das System zu beschreiben:
Ich habe den Algorithmus von Runge-Kutta 4 verwendet, um diese Gleichungen zu integrieren. (Ich weiß, dass der Code ziemlich umwerfend ist, aber ich kann einfach keine Zeiger verwenden und ich verwende überall Strukturen).
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<math.h>
#define dt 0.0001
#define N 100
typedef struct{
long double x,y;
}vec;
typedef struct{
vec k1,k2,k3,k4;
}runge;
typedef struct{
runge r,v;
}big;
double dS,dE,m;
double accx(double,double,double);
double accy(double,double,double);
void rad(vec);
big rungekutta(vec,vec);
vec moto(vec,runge);
double jacobi(vec);
int main(){
vec r,v;
big f;
double J,t;
int i,Num;
FILE* s1;
s1=fopen("HorseShoe.dat","w");
Num=(int)N/dt;
scanf("%Lf",&r.x);
scanf("%Lf",&r.y);
scanf("%Lf",&v.x);
scanf("%Lf",&v.y);
scanf("%lf",&m);
for(i=0;i<Num;i++){
t=(i+1)*dt;
rad(r);
f=rungekutta(r,v);
r=moto(r,f.r);
v=moto(v,f.v);
J=jacobi(r);
fprintf(s1,"%lf\t%Lf\t%Lf\t%Lf\t%Lf\t%lf\n",t,r.x,r.y,v.x,v.y,J);
}
return 0;
}
void rad(vec r){
dS=pow(r.x-m,2)+pow(r.y,2);
dE=pow(r.x-m+1,2)+pow(r.y,2);
}
double jacobi(vec r){
return pow(r.x,2)+pow(r.y,2)+2*(1-m)/dS+2*m/dE+m*(1-m);
}
double accx(double x,double y,double v){
return x-(x-m)*(1-m)/pow(pow(x-m,2)+pow(y,2),1.5)-m*(x-m+1)/pow(pow(x-m+1,2)+pow(y,2),1.5)+2*v;
}
double accy(double x,double y,double v){
return y-(1-m)*y/pow(pow(y,2)+pow(x-m,2),1.5)-m*y/pow(pow(y,2)+pow(x-m+1,2),1.5)-2*v;
}
big rungekutta(vec r,vec v){
big f;
f.r.k1.x=v.x;
f.r.k1.y=v.y;
f.v.k1.x=accx(r.x,r.y,v.y);
f.v.k1.y=accy(r.x,r.y,v.x);
f.r.k2.x=v.x+f.v.k1.x*dt/2;
f.r.k2.y=v.y+f.v.k1.y*dt/2;
f.v.k2.x=accx(r.x+f.r.k1.x*dt/2,r.y+f.r.k1.y*dt/2,v.y+f.v.k1.y*dt/2);
f.v.k2.y=accy(r.x+f.r.k1.x*dt/2,r.y+f.r.k1.y*dt/2,v.x+f.v.k1.x*dt/2);
f.r.k3.x=v.x+f.v.k2.x*dt/2;
f.r.k3.y=v.y+f.v.k2.y*dt/2;
f.v.k3.x=accx(r.x+f.r.k2.x*dt/2,r.y+f.r.k2.y*dt/2,v.y+f.v.k2.y*dt/2);
f.v.k3.y=accy(r.x+f.r.k2.x*dt/2,r.y+f.r.k2.y*dt/2,v.x+f.v.k2.x*dt/2);
f.r.k4.x=v.x+f.v.k3.x*dt;
f.r.k4.y=v.y+f.v.k3.y*dt;
f.v.k4.x=accx(r.x+f.r.k3.x*dt,r.y+f.r.k3.y*dt,v.y+f.v.k3.y*dt);
f.v.k4.y=accy(r.x+f.r.k3.x*dt,r.y+f.r.k3.y*dt,v.x+f.v.k3.x*dt);
return f;
}
vec moto(vec r,runge rk){
r.x+=(rk.k1.x+2*rk.k2.x+2*rk.k3.x+rk.k4.x)*dt/6;
r.y+=(rk.k1.y+2*rk.k2.y+2*rk.k3.y+rk.k4.y)*dt/6;
return r;
}
Beim Zeichnen der Ergebnisse erhalte ich nur eine Spirale, während ich bei Verwendung der angegebenen Eingaben eine Hufeisenbahn erhalten sollte. Ich habe viele verschiedene Eingaben versucht (m = 0,0001 und m = 0,000003, letzteres entspricht den tatsächlichen Werten der Erd- und Sonnenmasse (Sonnenmasse ist 1 m)).
Ich kann einfach nicht sehen, was los ist (wahrscheinlich alles: D). Kann mir bitte jemand helfen?
