@ 2016.08.31 , 23:00
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牛顿定律可视化之美

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传说在大概350年前,一个苹果砸在英国物理学家艾萨克·牛顿的身边,埋下了运动定律的种子。如今,在纪念日庆典上,退休数学教师Stan Spencer借用了牛顿学到的东西来创作出源自模拟火箭运动的艺术,使得人们对科学产生兴趣。

“我总是会冒出一个这样疯狂的主意,然后去实现它,”居住于英国诺丁汉郡的Spencer说道。他是科学概念艺术的多位爱好者和研究者之一。

在苹果事件之后,牛顿开始思考物体在宇宙中如何运动。他想出了四条运动和重力的法则,直到今天还在物理课堂上被讲授。它们帮助解释了地球重力如何把苹果拽下地,以及GPS卫星如何进入轨道。

特别地,牛顿发现有质量的物体似乎会互相吸引。这种引力随着质量和加速度增加或距离减少而变强。他对此感到好奇,并写下公式描述了这种不可见的力量。

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牛顿定律在解释接近光速的运动和极大或极小(原子大小)的物体行为时开始失效。“但他已经很了不起了,能让你登上月球并且回来,”Spencer说道。

在他的作品中,Spencer可视化了一枚火箭的运动,这枚火箭可以利用附近行星的引力节省燃料。每颗行星的重力都可以引导飞行器使其相比于单打独斗更快更高效地抵达目的地。

为了实现可视化,Spencer以对称模式设置了虚拟圆环,代表星系中行星环绕恒星的轨道。他使用公式在计算机中模拟圆环的力量如何牵引一组虚拟火箭。

这些设定并没有严格依照牛顿定律在飞行器上的实际应用,Spencer解释道。“不过你懂的,跳出框框可能会让你获得一些有趣的图案。”

在该研究中,屏幕上的每个像素代表一个掠过太空的火箭。行星和恒星的模拟的力量一个接一个地推动火箭,直到最终火箭飞出屏幕外或降落在有质量的物体上。它们的起点会被某种颜色标记,颜色取决于它们击中的质量。

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接着,根据它抵达目标花费了多长时间,颜色会带有不同的阴影。例如,如果耗时很短,那么阴影会是浅绿色。如果耗时长,则会是深绿色。Spencer测试了不同的质量安排和颜色选择,生成了多种围绕圆环的对称、旋转模式。

“这些图案太惊艳了,”他说道,“在它完成前我都没预料到。”他在8月10日芬兰捷瓦斯基拉的数学与艺术跨界年度会议上展示了研究成果

“如果你鼓励了人们提问题,”他说,“那从某种程度上说你就是创造了兴趣。”

本文译自 Inside Science,由译者 卤鸡爪子 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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TOTAL COMMENTS: 14+1

  1. 简单繁琐
    @1 year ago
    3244266

    我看懂了,这是在给苹果打广告!

  2. 逗比
    @1 year ago
    3244292

    牛顿的棺材板压不住了

  3. 3244301

    @逗比: 达·芬奇密码说牛顿也曾经是郇山隐修会的会长之一,所以牛顿那雕刻得花里胡哨的棺材板已经被寻找圣杯的掀过了

  4. 今天疯
    @1 year ago
    3244434

    http://www.nowykurier.com/toys/gravity/gravity.html
    不知道这个还能打开不,似乎是之前在煎蛋上有过

  5. silaobai
    @1 year ago
    3244442

    牛顿魔法炼金术阵

  6. 几用来包
    @1 year ago
    3244515

    这不就是混沌体系吗= =还特么是固定引力源的伪多体问题……

  7. 涉水过河
    @1 year ago
    3244536

    图没看懂,文字,也没懂。

  8. 3244568

    不理解美在哪里

  9. 你什么你
    @1 year ago
    3244615

    同苹果广告,我就看懂了“苹果”这个词

  10. 阿布
    @1 year ago
    3244703

    最后两张图 一个是猎户座 一个是北极星和大熊座的北斗七星 这两张图有什么特别意义么? 这只是星星在平面上的视觉排列而已啊,实际空间上的维度 参差不齐相差N里啊,另外 北斗七星勺把第二颗 开阳 实际是两颗星 这图里也没体现啊。
    这真的不是这个退休数学老师最近突然喜欢上了平面设计而产生的美学类型的作品么

  11. 食品级怪蜀黍
    @1 year ago
    3244911

    这不就是股狗曾经的鬼畜图技术吗

  12. 3245045

    @今天疯: 这个好玩

  13. hhhhha
    @1 year ago
    3245791

    哪里惊艳了啊,丑的可以好吗。随便画点什么稍微复杂点的场的等高线都是这档次吧

  14. 路人A
    @1 year ago
    3249830

    万花轮

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