전자기학: 파동 방정식(Sine/Cosine 형태의 파동)

import numpy as np

import matplotlib.pyplot as plt

from matplotlib.widgets import Slider, TextBox

import matplotlib.animation as animation

# 초기 파동 파라미터 설정

A = 1.0        # 진폭

wavelength = 2.0  # 파장

frequency = 1.0   # 주파수

phi = 0.0      # 초기 위상

# 계산을 위한 파생 파라미터

k = 2 * np.pi / wavelength  # 파수

omega = 2 * np.pi * frequency  # 각주파수

# 공간 및 시간 범위 설정

x = np.linspace(0, 10, 1000)

time = np.linspace(0, 10, 100)

# 업데이트된 파라미터에 따라 파동 그래프를 그리는 함수

def update_plot(frame):

    global A, wavelength, frequency, phi, k, omega

    k = 2 * np.pi / wavelength  # 파수 갱신

    omega = 2 * np.pi * frequency  # 각주파수 갱신

    y = A * np.sin(k * x - omega * frame + phi)

    line.set_ydata(y)

    ax.set_title(f"Time = {frame:.2f} s")

    fig.canvas.draw_idle()

# 슬라이더 변경 시 파라미터 갱신 함수

def update_params(val):

    global A, wavelength, frequency, phi

    A = amp_slider.val

    wavelength = wavelength_slider.val

    frequency = freq_slider.val

    phi = phi_slider.val

# 텍스트 박스 제출 시 값 갱신 함수

def submit_amp(text):

    global A

    A = float(text)

    amp_slider.set_val(A)

def submit_wavelength(text):

    global wavelength

    wavelength = float(text)

    wavelength_slider.set_val(wavelength)

def submit_freq(text):

    global frequency

    frequency = float(text)

    freq_slider.set_val(frequency)

def submit_phi(text):

    global phi

    phi = float(text)

    phi_slider.set_val(phi)

# 그래프 설정

fig, ax = plt.subplots()

plt.subplots_adjust(left=0.25, bottom=0.4)

line, = ax.plot(x, A * np.sin(k * x), lw=2)

ax.set_ylim(-A, A)

ax.set_xlabel("Position (x)")

ax.set_ylabel("Amplitude (E)")

# 슬라이더 생성

ax_amp = plt.axes([0.25, 0.25, 0.65, 0.03])

ax_wavelength = plt.axes([0.25, 0.20, 0.65, 0.03])

ax_freq = plt.axes([0.25, 0.15, 0.65, 0.03])

ax_phi = plt.axes([0.25, 0.10, 0.65, 0.03])

amp_slider = Slider(ax_amp, 'Amplitude', 0.1, 5.0, valinit=A)

wavelength_slider = Slider(ax_wavelength, 'Wavelength', 0.1, 10.0, valinit=wavelength)

freq_slider = Slider(ax_freq, 'Frequency', 0.1, 5.0, valinit=frequency)

phi_slider = Slider(ax_phi, 'Phase', 0.0, 2 * np.pi, valinit=phi)

amp_slider.on_changed(update_params)

wavelength_slider.on_changed(update_params)

freq_slider.on_changed(update_params)

phi_slider.on_changed(update_params)

# 텍스트 박스 생성

axbox_amp = plt.axes([0.1, 0.25, 0.1, 0.03])

axbox_wavelength = plt.axes([0.1, 0.20, 0.1, 0.03])

axbox_freq = plt.axes([0.1, 0.15, 0.1, 0.03])

axbox_phi = plt.axes([0.1, 0.10, 0.1, 0.03])

text_box_amp = TextBox(axbox_amp, 'Amp:', initial=str(A))

text_box_wavelength = TextBox(axbox_wavelength, 'Wave:', initial=str(wavelength))

text_box_freq = TextBox(axbox_freq, 'Freq:', initial=str(frequency))

text_box_phi = TextBox(axbox_phi, 'Phase:', initial=str(phi))

text_box_amp.on_submit(submit_amp)

text_box_wavelength.on_submit(submit_wavelength)

text_box_freq.on_submit(submit_freq)

text_box_phi.on_submit(submit_phi)

# 애니메이션 설정

ani = animation.FuncAnimation(fig, update_plot, frames=time, repeat=True)

plt.show()