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
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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
  24 // ---------------------- Charges -------------------------
  25
  26 // charged particle
  27 struct Charge {
  28   pair center;
  29   real q;
  30   real radius;
  31   pen outline;
  32   pen fill;
  33   Label L;
  34
  35   void operator init(pair center=(0,0), real q=1, real radius=2mm, pen outline=currentpen, pen fill=red, Label L="") {
  36     this.center = center;
  37     this.q = q;
  38     this.radius = radius;
  39     this.outline = outline;
  40     this.fill = fill;
  41     this.L = L;
  42   }
  43
  44   void draw(picture pic=currentpicture) {
  45     picture picF;
  46     picture picL;
  47     label(picL, L);
  48     pair pLabelSize = 1.2 * (max(picL)-min(picL));
  49     path c = scale(radius)*unitcircle;
  50     filldraw(picF, c, fill, outline);
  51     label(pic = picF,
  52           L = L,
  53           position = (0,-(radius+pLabelSize.y/2)));
  54     add(pic, picF, center);
  55   }
  56 }
  57
  58 // positive charge
  59 Charge pCharge(pair center=(0,0), real q=1, real radius=2mm, pen outline=currentpen, Label L="")
  60 {
  61   Charge c = Charge(center=center, q=q, radius=radius, outline=outline, L=L, fill=red);
  62   return c;
  63 }
  64
  65 // negative charge
  66 Charge nCharge(pair center=(0,0), real q=-1, real radius=2mm, pen outline=currentpen, Label L="")
  67 {
  68   Charge c = Charge(center=center, q=q, radius=radius, outline=outline, L=L, fill=blue);
  69   return c;
  70 }
  71
  72 // neutral charge
  73 Charge neutralCharge(pair center=(0,0), real radius=2mm, pen outline=currentpen, Label L="")
  74 {
  75   Charge c = Charge(center=center, q=0, radius=radius, outline=outline, L=L, fill=grey);
  76   return c;
  77 }
  78
  79 // auto-signed charge
  80 Charge aCharge(pair center=(0,0), real q=1, real radius=2mm, pen outline=currentpen, Label L="")
  81 {
  82   Charge c;
  83   if (q > 0) {
  84     c = pCharge(center, q, radius, outline, L);
  85   } else if (q < 0) {
  86     c = nCharge(center, q, radius, outline, L);
  87   } else {
  88     c = neutralCharge(center, radius, outline, L);
  89   }
  90   return c;
  91 }
  92
  93 // ---------------------- Vectors -------------------------
  94
  95 pen EFieldPen = rgb(1,0.5,0.2);    // orange
  96 pen BFieldPen = rgb(0.1,1,0.2);    // green
  97 pen CurrentPen = rgb(0.8,0.1,0.8); // purple
  98
  99 // electric field
 100 Vector EField(pair center=(0,0), real mag=5mm, real dir=0, real phi=0, Label L="")
 101 {
 102   Vector v = Vector(center=center, mag=mag, dir=dir, phi=phi, L=L, outline=EFieldPen);
 103   return v;
 104 }
 105
 106 // magnetic field
 107 Vector BField(pair center=(0,0), real mag=5mm, real dir=0, real phi=0, Label L="")
 108 {
 109   Vector v = Vector(center=center, mag=mag, dir=dir, phi=phi, L=L, outline=BFieldPen);
 110   return v;
 111 }
 112
 113 Vector Current(pair center=(0,0), real mag=5mm, real dir=0, real phi=0, Label L="")
 114 {
 115   Vector v = Vector(center=center, mag=mag, dir=dir, phi=phi, L=L, outline=CurrentPen);
 116   return v;
 117 }
 118
 119 // ---------------------- Forces -------------------------
 120
 121 // Force of a on b
 122 Vector CoulombForce(Charge a, Charge b, Label L="", real scale=1mm, real unit=1mm)
 123 {
 124   pair r = b.center - a.center;
 125   real mag, dir;
 126   mag = ((a.q*b.q)*(scale/length(r))^2)*unit;
 127   dir = degrees(r);
 128   Vector v = Force(center=b.center, mag=mag, dir=dir, L=L);
 129   return v;
 130 }
 131
 132 void CoulombForces(Charge c[], real scale=1mm, real unit=1mm)
 133 {
 134   Vector F;
 135   string s;
 136   for (int i=0; i<c.length; i+=1) {
 137     for(int j=0; j<c.length; j+=1) {
 138       if (i==j) continue;
 139       s = "$F_{" + format("%d", i+1) + "," + format("%d", j+1) + "}$";
 140       F = CoulombForce(c[i], c[j], L=s, scale=scale, unit=unit);
 141       F.draw();
 142     }
 143   }
 144 }
 145
 146