МОДЕЛИРОВАНИЕ ДВИЖЕНИЯ АЭРОСТАТА

Движение тела вертикально вверх или вниз является одной из традиционных задач классической механики. Процесс решения физической задачи сводится к нахождению соответствующих закономерностей и законов. Аэростат − летательный аппарат легче воздуха, принцип действия которого основан на законе Архимеда. Для создания подъемной силы используется заключённый в оболочке газ с плотностью меньшей, чем плотность окружающего воздуха [4]. Существует также автоматический аэростат, предназначенный для длительных многосуточных полётов (дрейфов) с целью исследования на высоте до 40 км состава и движения атмосферы, ультрафиолетового, инфракрасного и рентгеновского излучений, а также для подтверждения данных, полученных со спутников, проведения разведок, и ретрансляции [5]. Рассмотрим задачу: «Из аэростата, находящегося на высоте h₀ = 540 м, выпал груз. Через какой промежуток времени t груз достигнет поверхности Земли, если аэростат поднимется со скоростью v₀ = 6 м/с? (Сопротивлением воздуха можно пренебречь)». Дополнительное задание: Варьируя высоту полета аэростата, определите промежуток времени, при котором груз достигнет поверхности Земли, а так же на какую высоту поднимется аэростат за время падения груза на поверхность Земли.

Для решения данной задачи было решено использовать язык программирования PascalABC. Поскольку это один из наиболее известных языков программирования, используемый для обучения программированию в старших классах и на первых курсах вузов, является базой для ряда других языков. В его возможности входит программирование в простой и удобной среде вычисления и визуализации. Особенностями языка являются строгая типизация и наличие средств структурного программирования. Pascal был одним из первых таких языков. PascalABC разработан в 2002 году сотрудниками факультета математики, механики и компьютерных наук Южного федерального университета (Ростов-на-Дону, Россия) во главе с Михалковичем С.С. Целью авторов было создание обучающей среды программирования, более современной, чем Borland Pascal и Turbo Pascal, простой для изучения, чем Borland Delphi, но в то же время близкой к стандартным компиляторам языка [2]. Рассмотрим программу на языке PascalABC, которая является исходной для начала работы по моделированию движения тел вертикально вверх или вниз. Изначально цель работы заключалась в определении времени достижения грузом поверхности Земли. Приведенная ниже программа (рис.1), получая входные данные, производит расчеты и выводит значения времени  падения груза и высоты, на которую

Рисунок 1. Расчетная программа

поднимется аэростат. Все математические расчеты программная разработка проводит по данным ей физическим формулам. Для предупредительного оповещения случая с ошибками накладок в расчетах при вводе справочных сведений, программная разработка в направлении показывает, в каких единицах измерения они обязаны быть. Продолжив выполнение работу в PascalABC, мы столкнулись с проблемной задачей визуализации движения тел вертикально верх или вниз. Для устранения этой проблемы было принято решение применить язык программирования DelphiXE8. Delphi − структурированный, объектно-ориентированный язык программирования с требовательной статической типизацией переменных. Основная область применения − написание прикладного программного снабжения. Первоначально носил заглавие Object Pascal и исторически всходил к одноимённому диалекту языка, разработанному в компании Apple в 1986 году группой Ларри Теслера. Однако в настоящее время термин Object Pascal чаще лишь употребляется в смысле языка среды программирования Delphi. Типичные задачи Delphi: 1) Математические вычисления; 2) Создание алгоритмов; 3) Моделирование; 4) Анализ данных, исследования и визуализация. Изначально программа Delphi была специализирована только для разработки добавочных гаджетов Windows, позже был сбыт и воплощена разновидность версии для платформ Linux, но в последствии выпуска в 2002-м Kylix 3 его возникновение и подготовка была прекращена. На сегодняшний день, 32 и 64-разрядные программные разработки для Windows, воплощены и реализованы и дают возможность формировать приложения для Apple Mac OS X, iOS и в Delphi XE8, для «Гугл» «андроид». Для дальнейшего решения задачи, нами был написан новый программный код в среде DelphiXE8 [1, 3]. Данная среда программирования позволяет в полной мере реализовать задачу. Ниже приведены фрагменты программы. На рисунке 2 приводится часть программы, в которой производится описание всех используемых переменных и создаются процедуры.

Рисунок 2. Переменные процедуры

На рисунке 3 показано как производится описание кнопок, используемых для введения начальной высоты аэростата и начальной скорости.

Рисунок 3. Кнопки управления

На рисунке 4 приведена часть программы, производящая все расчеты движения груза и аэростата вертикально вверх или вниз, а именно – их начальная скорость при установке различных параметров высоты.

Рисунок 4. Основные расчеты

В итоге всех этих действий, мы получаем следующую визуализацию нашей задачи движения тел вертикально вверх или вниз (рис. 5).

Рисунок 5. Интерфейс программы

В дальнейшем наш проект будет совершенствоваться, и моделирование позволит с точностью до нескольких метров рассчитывать доставку каких-либо грузов в труднодоступные места.

Список литературы:

1. Вальвачев А.Н., Сурков К.А., Сурков Д.А., Четырько Ю.М. Программирование на языке Delphi: учеб. пособие, 2005.
2. Моргун А.Н. Программирование на языке Паскаль (Pascal). Основы обработки структур данных. − М.: Диалектика, 2005. − С. 576.
3. Фленов М.Е. Delphi 2005: Секреты программирования: Алгоритмы на Delphi; Эффективное использование баз данных; Готовые решения типичных задач CD-Rom. – СПб.: Питер, 2006. − С. 266.
4. Эмден Р. Основы пилотажа аэростатов.− М.: Главная редакция авиационной литературы, 1936. − С. 141.
5. Энциклопедия. Главный редактор Г.П. Свищев. − М.: Большая Российская Энциклопедия. 1994.