asymptote/ElectroMag.asy

   1 /* Useful functions for drawing Physics 102 figures.
   2  *
   3  * Copyright (C) 2008-2009 W. Trevor King <wking@drexel.edu>
   4  *
   5  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
   6  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
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  11  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  12  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
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  14  *
  15  * You should have received a copy of the GNU General Public License along
  16  * with this program; if not, write to the Free Software Foundation, Inc.,
  17  * 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA.
  18  */
  19
  20 import geometry;
  21 import Mechanics;
  22
  23 // ---------------------- Charges -------------------------
  24
  25 // charged particle
  26 struct Charge {
  27   pair center;
  28   real q;
  29   real radius;
  30   pen outline;
  31   pen fill;
  32   Label L;
  33
  34   void operator init(pair center=(0,0), real q=1, real radius=2mm, pen outline=currentpen, pen fill=red, Label L="") {
  35     this.center = center;
  36     this.q = q;
  37     this.radius = radius;
  38     this.outline = outline;
  39     this.fill = fill;
  40     this.L = L;
  41   }
  42
  43   void draw(picture pic=currentpicture) {
  44     picture picF;
  45     picture picL;
  46     label(picL, L);
  47     pair pLabelSize = 1.2 * (max(picL)-min(picL));
  48     path c = scale(radius)*unitcircle;
  49     filldraw(picF, c, fill, outline);
  50     label(pic = picF,
  51           L = L,
  52           position = (0,-(radius+pLabelSize.y/2)));
  53     add(pic, picF, center);
  54   }
  55 }
  56
  57 // positive charge
  58 Charge pCharge(pair center=(0,0), real q=1, real radius=2mm, pen outline=currentpen, Label L="")
  59 {
  60   Charge c = Charge(center=center, q=q, radius=radius, outline=outline, L=L, fill=red);
  61   return c;
  62 }
  63
  64 // negative charge
  65 Charge nCharge(pair center=(0,0), real q=-1, real radius=2mm, pen outline=currentpen, Label L="")
  66 {
  67   Charge c = Charge(center=center, q=q, radius=radius, outline=outline, L=L, fill=blue);
  68   return c;
  69 }
  70
  71 // neutral charge
  72 Charge neutralCharge(pair center=(0,0), real radius=2mm, pen outline=currentpen, Label L="")
  73 {
  74   Charge c = Charge(center=center, q=0, radius=radius, outline=outline, L=L, fill=grey);
  75   return c;
  76 }
  77
  78 // auto-signed charge
  79 Charge aCharge(pair center=(0,0), real q=1, real radius=2mm, pen outline=currentpen, Label L="")
  80 {
  81   Charge c;
  82   if (q > 0) {
  83     c = pCharge(center, q, radius, outline, L);
  84   } else if (q < 0) {
  85     c = nCharge(center, q, radius, outline, L);
  86   } else {
  87     c = neutralCharge(center, radius, outline, L);
  88   }
  89   return c;
  90 }
  91
  92 // ---------------------- Vectors -------------------------
  93
  94 // electric field
  95 Vector EField(pair center=(0,0), real mag=5mm, real dir=0, Label L="")
  96 {
  97   Vector v = Vector(center=center, mag=mag, dir=dir, L=L, outline=rgb(1,0.5,0.2)); // orange
  98   return v;
  99 }
 100
 101 // magnetic field
 102 Vector BField(pair center=(0,0), real mag=5mm, real dir=0, Label L="")
 103 {
 104   Vector v = Vector(center=center, mag=mag, dir=dir, L=L, outline=rgb(0.1,1,0.2)); // green
 105   return v;
 106 }
 107
 108 // ---------------------- Forces -------------------------
 109
 110 // Force of a on b
 111 Vector CoulombForce(Charge a, Charge b, Label L="", real scale=1mm, real unit=1mm)
 112 {
 113   pair r = b.center - a.center;
 114   real mag, dir;
 115   mag = ((a.q*b.q)*(scale/length(r))^2)*unit;
 116   dir = degrees(r);
 117   Vector v = Force(center=b.center, mag=mag, dir=dir, L=L);
 118   return v;
 119 }
 120
 121 void CoulombForces(Charge c[], real scale=1mm, real unit=1mm)
 122 {
 123   Vector F;
 124   string s;
 125   for (int i=0; i<c.length; i+=1) {
 126     for(int j=0; j<c.length; j+=1) {
 127       if (i==j) continue;
 128       s = "$F_{" + format("%d", i+1) + "," + format("%d", j+1) + "}$";
 129       F = CoulombForce(c[i], c[j], L=s, scale=scale, unit=unit);
 130       F.draw();
 131     }
 132   }
 133 }
 134
 135