Anleitung zum Applet „Schiefer Wurf“

Anleitung zum Applet: Schiefer Wurf
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Anleitung zum Applet
„Schiefer Wurf“
Bearbeitung von:
Mathias Hartner
SS 2009
Studiengang: Elektronik und Informationstechnik
Betreuung durch:
Prof. Dr. Wilhelm Kleppmann
Anleitung zum Applet: Schiefer Wurf
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Inhaltsverzeichnis
1
Vorwort.....................................................................................................3
2
Grafische Benutzeroberfläche ..................................................................4
2.1
X/Y-Darstellung..................................................................................................... 4
2.2
Zeitdarstellung ...................................................................................................... 6
2.3
Bereich der Parametereingabe ............................................................................. 7
2.3.1
Schieberegler................................................................................................. 7
2.3.2
Radiobuttons.................................................................................................. 7
2.4
Anzeigebereich ..................................................................................................... 8
2.4.1
Anzeigebereich in der X/Y-Darstellung .......................................................... 9
2.4.2
Anzeigebereich in der Zeitdarstellung............................................................ 9
2.4.3
Anzeigebereich der Berechnungswerte ....................................................... 10
2.5
Wurfanimation..................................................................................................... 10
2.6
Automatische Skalierung .................................................................................... 10
3
Bedienung des Applets (Kurzfassung)....................................................12
4
Hinweise.................................................................................................13
5
4.1
Bekannte Probleme ............................................................................................ 13
4.2
Hinweise für nachfolgende Studienarbeiten........................................................ 13
Definitionen ............................................................................................13
Anleitung zum Applet: Schiefer Wurf
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3
Vorwort
Die Entwicklung des Applets „Schiefer Wurf“ war Thema für meine Studienarbeit. Es soll
dazu dienen, den Studenten mehr Verständnis für die Anwendung der Mathematik in der
Physik, sowie einen praktischen Bezug auf die erlernten theoretischen Grundlagen zu
vermitteln.
Dieses Applet stellt verschiedene Anfangsparameter und Eigenschaften zum Schiefen
Wurf sowie die daraus resultierende Wurfparabel grafisch dar. Man kann zwischen X/Yund Zeitdarstellung wechseln und man kann sogar eine kleine Wurfanimation starten. Die
Wurfparabel ändert sich mit Änderung der Parameter, welche über Schieberegler
eingestellt werden können – so erlebt der Nutzer interaktiv die Auswirkung der
Anfangsparameter auf die Wurfparabel. Das Applet verfolgt zwei Ziele:
•
Es soll verdeutlichen, wie die Parabel in der X/Y-Darstellung entsteht und welche
Auswirkungen die verschiedenen Parameter auf sie haben.
•
Es soll zeigen, welcher Zusammenhang zwischen den einzelnen Parametern in der
Zeitdarstellung herrscht.
Hinweis:
Falls Sie dieses Applet nicht starten können liegt dies vielleicht daran, dass auf ihrem PC
keine Java Virtual Machine (JVM) installiert ist. Diese JVM können Sie sich bei
http://java.sun.com/javase/downloads kostenlos herunterladen.
Wählen Sie hierfür die Java Runtime Environment (JRE) für Ihr Betriebssystem aus.
(Stand 04.10.2009)
Anleitung zum Applet: Schiefer Wurf
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Grafische Benutzeroberfläche
2.1
X/Y-Darstellung
Legende:
1 X/Y-Darstellung:
Reiter zum Wechseln der Ansicht in die X/Y-Darstellung.
2 Zeitdarstellung:
Reiter zum Wechseln der Ansicht in die Zeitdarstellung.
3 Zeichenebene mit Wurfparabel:
Darstellungsebene der Wurfparabel.
Anleitung zum Applet: Schiefer Wurf
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4 Anzeigebereich:
Hier werden alle berechneten Werte ausgegeben und angezeigt. So kann z.B. die
Wurfweite oder auch die maximale Höhe abgelesen werden.
5 Wurfzeitanzeige:
Anzeige der Wurfzeit. Bei gestarteter Animation wird hier die aktuelle Zeit
angezeigt, die die Kugel bisher geflogen ist.
6 Wurfanimation:
Hier wird eine Animation gestartet, in der eine Kugel über die Kurve fliegt.
7 Anfangsparameter:
Hier kann der Abwurfwinkel, die Anfangshöhe und die Abwurfgeschwindigkeit
verändert werden.
8 Fallbeschleunigung:
Auswahl der jeweiligen Fallbeschleunigung.
9 Automatische Skalierung:
Falls die Wurfparabel zu „groß“ wird und aus dem Anzeigebereich heraus geht,
kann man über diesen Button eine automatische Einpassung des Anzeigebereiches
erreichen.
Anleitung zum Applet: Schiefer Wurf
2.2
6
Zeitdarstellung
Legende:
10 x(t)-Darstellung:
Darstellung der X-Werte (die Wurfweite) über die Zeit.
11 y(t)-Darstellung:
Darstellung der Y-Werte (die Höhe) über die Zeit.
12 vx(t)-Darstellung:
Geschwindigkeit in X-Richtung über die Zeit.
13 vy(t)-Darstellung:
Geschwindigkeit in Y-Richtung über die Zeit.
Anleitung zum Applet: Schiefer Wurf
7
14 Automatische Skalierung:
Falls die Darstellungen im Zeitbereich zu „groß“ werden und aus dem
Anzeigebereich heraus gehen sollten, dann kann man über diesen Button eine
automatische Einpassung des Anzeigebereiches erreichen.
2.3
Bereich der Parametereingabe
Im Bereich der Parametereingabe kann der Nutzer die Parameter des aktuellen
Wurfes verändern. Die Anzeige reagiert in quasi Echtzeit auf die vom Nutzer
eingestellten Werte und wird sofort neu berechnet und dargestellt.
Beim 1. Aufruf des Applets werden Standardwerte geladen und die Wurfparabel wird
mit diesen Standardwerten angezeigt.
Die verschiedenen Parameter wie Abwurfwinkel, Abwurfhöhe und Abwurfgeschwindigkeit werden über Schieberegler eingestellt. Die Fallbeschleunigung kann über sogenannte Radiobuttons geändert werden.
2.3.1 Schieberegler
Bei den Schiebereglern kann man für den Abwurfwinkel einen Wert zwischen 0°
und 90° wählen. Die Abwurfhöhe ist in einem Bereich von 0 m bis 100 m
einstellbar und die Abwurfgeschwindigkeit ist von 0 m/s bis 100 m/s frei wählbar.
2.3.2 Radiobuttons
Über die Radiobuttons kann man sich eine
geeignete Fallbeschleunigung aussuchen.
Standardmäßig ist hier natürlich die der
Erde voreingestellt. In Klammern steht die
mittlere Fallbeschleunigung des jeweiligen Planeten. Auf dem Jupiter z.B.
herrscht eine höhere Fallbeschleunigung als auf der Erde, da der Jupiter in etwa
das 318-fache der Masse der Erde besitzt.
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2.4
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Anzeigebereich
Der Anzeigebereich besteht aus zwei Zeichenbereichen. Jeder von ihnen kann einzeln
über einen Reiter (Tab) angesteuert werden.
1. X/Y-Darstellung
2. Zeitdarstellung
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2.4.1 Anzeigebereich in der X/Y-Darstellung
Der Zeichenbereich in der X/Y-Darstellung zeigt die x- und y-Achse und die
Wurfparabel. Die zugehörigen Berechnungswerte werden in einem extra Bereich
dargestellt (siehe 2.4.3). Der Graph in der X/Y-Darstellung wird in der Farbe Grün
gezeichnet, die Achsen samt Beschriftung in Schwarz.
2.4.2 Anzeigebereich in der Zeitdarstellung
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Der Zeichenbereich in der Zeitdarstellung zeigt die Graphen von x(t), y(t), vx(t)
und vy(t). Die Graphen in der Zeitdarstellung werden in der Farbe Grün
gezeichnet, die Achsen samt Beschriftung in Schwarz.
2.4.3 Anzeigebereich der Berechnungswerte
Hier werden alle berechneten Werte ausgegeben und können vom Nutzer direkt
abgelesen werden. Diese Werte werden ebenso in quasi Echtzeit berechnet wie
die Wurfparabel selbst.
2.5
Wurfanimation
Sobald man den Button „Ball werfen“ angeklickt hat, kann man einen Ball in Echtzeit
über die Wurfparabel fliegen sehen.
2.6
Automatische Skalierung
Sollte die Wurfparabel zu „groß“ werden und aus dem Anzeigebereich hinaus gehen,
kann man über den Button „Auto. Skalierung“ die Skalierung anpassen und so die
Wurfparabel wieder in den sichtbaren Anzeigebereich bringen.
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1. Ohne automatische Skalierung
2. Automatisch skaliert
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Bedienung des Applets (Kurzfassung)
Der Nutzer kann die Parameter im Parametereingabebereich (2.3) mittels Schieberegler
nach seinen Wünschen innerhalb der gegebenen Grenzen einstellen. Diese geänderten
Werte werden sofort auf das Schaubild übertragen, damit der Nutzer eine quasi EchtzeitDarstellung hat und die Änderungen direkt erkennbar werden.
Mit dem „Ball werfen“-Button kann dann zusätzlich noch der Wurf simuliert werden. Der
Luftwiderstand wird hierbei nicht berücksichtigt.
Anleitung zum Applet: Schiefer Wurf
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Hinweise
4.1
Bekannte Probleme
13
Unter Umständen kann es sein, dass das Applet im „Opera“-Browser nicht korrekt
dargestellt wird. Dies liegt momentan noch daran, dass Java von Opera nicht
hundertprozentig unterstützt wird.
4.2
Hinweise für nachfolgende Studienarbeiten
Ich habe dieses Applet mit der Java-Entwicklungsumgebung „Netbeans“ von der
Firma Sun Microsystems erstellt. Diese IDE kann unter http://www.netbeans.org/
herunterladen werden.
Der Quellcode und die komplette Dokumentation sind auf dem Server abgelegt.
5
Definitionen
Applet
Eine kleine Java-Anwendung, die im Webbrowser nach dem
„Sanbox-Prinzip“ ausgeführt werden kann
IDE
Integrated Development Environment
Java
Objektorientierte Programmiersprache von „Sun Microsystems“
JRE
Java Runtime Environment (Java Laufzeitumgebung)
JVM
Java Virtual Machine (wird benötigt, um Java-Applets auszuführen)
Netbeans
Eine Entwicklungsumgebung für Windows, Linux, Mac OS X und
Solaris, die C/C++, Java, JavaScript, PHP, Python und andere
Programmiersprachen unterstützt.