#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <error.h>
#include <math.h>
#include <signal.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#define UVOD "program za numerični izračun jakosti magnetnega polja okoli helmholtzove tuljave\n" \
"sem spisal anton luka šijanec za projektno nalogo pri fiziki v tretjem letniku gimb.\n" \
"uporaba: %s in nujni argumenti po vrsti:\n" \
" 1. radij enega navitja v metrih\n" \
" 2. tok, ki teče po vodniku v amperih\n" \
" 3. število navojev na enem navitju\n" \
" 4. razmak med merilnimi točkami v metrih\n" \
" 5. koliko meritev od središča v obe dimenziji naj napravimo\n" \
" 6. koliko kotov naj ima navitje - računamo, kot da je mnogokotnik\n" \
"nenujni argumenti: prazen niz argument nastavi na privzeto vrednost.\n" \
" 7. tip izhodnih podatkov (pgm, ppm ali tsv). privzeto je to pgm.\n" \
" 8. razmak med navitjima. privzeto je to r/2.\n" \
" 9. zamik enega navitja v metrih. privzeto sta osi navitij ista premica.\n" \
" A. polmer druge tuljave. privzeto je enak polmeru prve tuljave.\n" \
" B. tok druge tuljave v metrih. privzeto je enak toku prve tuljave.\n" \
"oblika izhodnih podatkov, če je 7. parameter pgm, so pgm slike z vrednostmi 0-255\n" \
" - slika je prerez tuljave. magnetno polje teče vodoravno.\n" \
" - vrednosti direktno korelirajo z izračunano jakostjo v decigaussih: 10e-5 tesla\n" \
" - slika je široka 1+2*koliko in visoka 1+2*koliko (5. argument) slikovnih točk\n" \
"oblika izhodnih podatkov, če je 7. parameter ppm, so barvne slike z 8 biti na barvo\n" \
" - barvi rdeča in zelena predstavljata komponenti vektorjev polja i in j\n" \
"oblika izhodnih podatkov, če je 7. parameter tsv, je tsv, z naslednjimi stolpci:\n" \
" 1. komponenta i krajevnega vektorja točke meritve. 0,0 je v središču tuljave.\n" \
" 2. komponenta j krajevnega vektorja točke meritve. 0,0 je v središču tuljave.\n" \
" 3. komponenta i vektorja magnetnega polja v točki meritve.\n" \
" 4. komponenta j vektorja magnetnega polja v točki meritve.\n" \
" 5. jakost magnetnega polja v teslah - tokrat ni v decigaussih!\n" \
"način izdelave animacije: podan naj bo samo en argument - animacija - TOLE NE DELA\n" \
" - delajo se datoteke animacija0000.ppm, animacija0001.ppm, ...\n" \
" - parametri se sinusoidno spreminjajo po vdelanih konstantah.\n" \
" - slike lahko recimo s ffmpeg(1) nato pretvorite v videoposnetek\n" \
"DODATEK :: izračun za eno točko:\n" \
" - 1. argument je 'enkrat', 2. R, 3. x, 4. y, 5. kotov \n" \
" - x in y koordinati sta v metrih. program izpiše eno vrstico\n" \
" - v vrstici so i, j in k komponente polja in absolutna vrednost.\n"
enum oblika {
PGM,
PPM,
TSV,
ANIMACIJA
};
struct vektor {
long double i; // x - desno na sliki
long double j; // y - gor na sliki
long double k; // z - v monitor
};
struct vektor seštej (struct vektor a, struct vektor b) {
struct vektor r = {
.i = a.i + b.i,
.j = a.j + b.j,
.k = a.k + b.k,
};
return r;
}
struct vektor vektorski_produkt (struct vektor a, struct vektor b) { // ne bom implementiral
struct vektor r = { // matrik
.i = a.j*b.k - a.k*b.j,
.j = a.k*b.i - a.i*b.k,
.k = a.i*b.j - a.j*b.i
};
return r;
}
struct vektor množi (struct vektor a, long double d) {
struct vektor r = {
.i = a.i * d,
.j = a.j * d,
.k = a.k * d
};
return r;
}
long double absolutno (struct vektor a) {
return sqrtl(a.i*a.i+a.j*a.j+a.k*a.k);
}
#define MU0 4e-6*M_PI
struct vektor tuljava (long double R, unsigned kotov, struct vektor m /* meritev - krajevni */) {
long double dl_abs = 2*M_PI*R/kotov; // metri - dolžina vodnika
long double dr = 2*M_PI/kotov; // radiani - kot med dl in točko na (0,R - vrh zanke)
struct vektor B = {
.i = 0,
.j = 0,
.k = 0
};
for (unsigned i = 0; i < kotov; i++) {
long double theta = dr*i; // kot na krogu
struct vektor dl;
dl.j = cosl(theta)*dl_abs;
dl.k = -sinl(theta)*dl_abs; // minus po skici sodeč ://of.sijanec.eu/sfu/skic.jpg
dl.i = 0; // sicer je vseeno, m je na z = 0 in gledamo vse
struct vektor r;
r.i = 0;
r.j = sinl(theta)*R;
r.k = cosl(theta)*R;
r = seštej(r, m);
B = seštej(B,
množi(
vektorski_produkt(dl, r),
1/(absolutno(r)*absolutno(r)*absolutno(r))
)
);
}
B = množi(B, MU0/(4*M_PI));
return B;
} // ena zanka ob toku 1 A. pomnoži s tokom in številom navitij. 0,0 je v sredini. B teče v desno.
struct vektor zavrti_okoli (struct vektor točka, struct vektor središče, long double kot) {
točka = seštej(točka, množi(središče, -1));
struct vektor r = {
.i = cosl(kot)*točka.i + sin(kot)*točka.j,
.j = cosl(kot)*točka.j - sin(kot)*točka.i
};
return seštej(r, središče);
} // TODO: implement
void natisni (FILE * f, struct vektor v, const char * i) {
fprintf(f, "vektor %s {\n\t.i = %Lf,\n\t.j = %Lf,\n\t.k = %Lf\n}\n", i, v.i, v.j, v.k);
}
int nariši (long double R, long double I, unsigned n, long double razmak, int koliko,
unsigned kotov, enum oblika oblika, long double med_tuljavama,
struct vektor zamik_izven_osi, long double R2, long double I2, FILE * out) {
struct vektor merilno_mesto = { // krajevni vektor
.k = 0
};
if (oblika == PGM)
fprintf(out, "P5 %u %u 255\n", koliko*2+1, koliko*2+1);
if (oblika == PPM)
fprintf(out, "P6 %u %u 255\n", koliko*2+1, koliko*2+1);
struct vektor Rpolovic = {
.i = med_tuljavama,
.j = 0,
.k = 0
};
for (int i = -koliko; i <= koliko; i++) {
merilno_mesto.i = i*razmak;
for (int j = -koliko; j <= koliko; j++) {
merilno_mesto.j = j*razmak;
struct vektor merilno_mesto2 = seštej(
merilno_mesto,
zamik_izven_osi
);
struct vektor B =
seštej(
množi(
množi(
tuljava(
R,
kotov,
seštej(
merilno_mesto,
Rpolovic
)
),
n
),
I
),
množi(
množi(
tuljava(
R2,
kotov,
seštej(
merilno_mesto2,
množi(
Rpolovic,
-1
)
)
),
n
),
I2
)
);
switch (oblika) {
case PGM:
if (10000*absolutno(B) > 255)
putc(255, out);
else
putc(10000*absolutno(B), out);
break;
case PPM:
#define NATISNI_KOMPONENTO(x) if (10000*fabsl(B.x) > 255) \
putc(255, out); \
else \
putc(10000*fabsl(B.x), out);
NATISNI_KOMPONENTO(i);
NATISNI_KOMPONENTO(j);
NATISNI_KOMPONENTO(k);
break;
case TSV:
fprintf(out, "%Lf\t%Lf\t%Lf\t%Lf\t%Lf\n",
merilno_mesto.i, merilno_mesto.j,
B.i, B.j, absolutno(B));
break;
case ANIMACIJA:
abort(); // invalid
break;
}
}
}
return 0;
}
int shouldexit = 0;
void handler (int s __attribute__((unused))) {
shouldexit++;
}
int main (int argc, char ** argv) {
if (argv[1] && !strcmp(argv[1], "animacija"))
goto animacija;
if (argv[1] && !strcmp(argv[1], "enkrat"))
goto enkrat;
if (argc < 8)
error(1, 0, UVOD, argv[0] ? argv[0] : "./numerično");
long double R = strtold(argv[1], NULL);
long double I = strtold(argv[2], NULL);
unsigned n = strtol(argv[3], NULL, 10);
long double razmak = strtold(argv[4], NULL);
int koliko = strtold(argv[5], NULL);
unsigned kotov = strtol(argv[6], NULL, 10);
enum oblika oblika = PGM;
long double med_tuljavama = R/2;
struct vektor zamik_izven_osi = {0, 0, 0};
long double R2 = R;
long double I2 = I;
if (argc > 7 && argv[7][0])
switch (argv[7][1]) {
case 'G':
case 'g':
oblika = PGM;
break;
case 'P':
case 'p':
oblika = PPM;
break;
case 'S':
case 's':
oblika = TSV;
break;
case 'N':
case 'n':
oblika = ANIMACIJA;
break;
}
if (argc > 8 && argv[8][0])
med_tuljavama = strtold(argv[8], NULL);
if (argc > 9 && argv[9][0])
zamik_izven_osi.j = strtold(argv[9], NULL);
if (argc > 0xA && argv[0xA][0])
R2 = strtold(argv[0xA], NULL);
if (argc > 0xB && argv[0xB][0])
I2 = strtold(argv[0xB], NULL);
if (oblika != ANIMACIJA)
return nariši(R, I, n, razmak, koliko, kotov, oblika, med_tuljavama,
zamik_izven_osi, R2, I2, stdout);
enkrat:
if (argc != 6) {
fprintf(stderr, "preveri vnos!\n");
return 59;
}
long double radij = strtold(argv[2], NULL);
long double x = strtold(argv[3], NULL);
long double y = strtold(argv[4], NULL);
unsigned število_kotov = strtol(argv[5], NULL, 10);
struct vektor Rpolovic = {
.i = radij/2,
.j = 0,
.k = 0
};
struct vektor merilno_mesto = { // krajevni vektor
.i = x,
.j = y,
.k = 0
};
struct vektor B =
seštej(
množi(
množi(
tuljava(
radij,
število_kotov,
seštej(
merilno_mesto,
Rpolovic
)
),
1
),
1
),
množi(
množi(
tuljava(
radij,
število_kotov,
seštej(
merilno_mesto,
množi(
Rpolovic,
-1
)
)
),
1
),
1
)
);
printf("%Lf\t%Lf\t%Lf\t%Lf", B.i, B.j, B.k, absolutno(B));
return 0;
animacija:
signal(SIGTERM, handler);
signal(SIGINT, handler);
unsigned čas = 0;
while (!shouldexit && čas < 21) {
char fn[25] = "animacija";
sprintf(fn+strlen(fn), "%04d.ppm", čas);
fprintf(stderr, "%s\n", fn);
FILE * f = fopen(fn, "w");
if (!f)
error(2, errno, "fopen");
long double R = 0.06;
long double I = 2;
unsigned n = 320;
long double razmak = 0.0007;
unsigned koliko = 350;
unsigned kotov = 30;
enum oblika oblika = PPM;
long double med_tuljavama = (R/2/10)*(čas);
struct vektor zamik = {
.i = 0,
.j = 0, // zamik osi
.k = 0
};
long double R2 = R;
long double I2 = I;
if (nariši(R, I, n, razmak, koliko, kotov, oblika, med_tuljavama, zamik, R2, I2, f))
error(3, errno, "nariši");
if (fclose(f))
error(4, errno, "fclose");
čas++;
}
return 0;
}
