サンプルJAVAコンピュータープログラム(ヘリウム原子軌道計算)

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下のソースプログラムをそのままテキストエディタ(メモ帳など)にコピー and ペースト すれば、簡単にコンパイルと実行できる。
(この class file name は MathMethod なので、このテキストエディタを "MathMethod.java" とセーブしてコンパイルしてほしい。)
このサンプルプログラムでは、実行すると、最初に電子1のスタート地点のx座標(単位MM)、とヘリウム原子の全エネルギー( eV )の絶対値(正の値)を入力するように画面に表示される。
それらを入力すると、このプログラムは、軌道計算後(電子が4分の1周した後)の状態における、電子1の速度のy成分(ゼロ近いとき、電子軌道は安定する)と、WN(4分の1軌道に含まれるド・ブロイ波の数)を画面に表示する。
ここでは、1 SS = 1 × 10-25 second として計算しており、計算には1〜2分かかる。一方、old sample program では、1 SS = 1 × 10-22 second で計算しているため、計算結果はすぐにでて、かつ、初期入力x座標が自動的に増加して(+100 MM まで)スクリーニングできるようになっている。(こちらから試すのもいいかもしれない。)結果はもちろん、時間がかかる分、このプログラムのほうがいい。


import java.util.Scanner;
class MathMethod {
 public static void main(String[] args) {
 
 Scanner stdIn=new Scanner(System.in);     // input r1 and |E|
 System.out.println("r1 between nucleus and electron 1 (MM) ?");  
 double r=stdIn.nextDouble();
 System.out.println("total energy |E| in the Herium (eV) ? ");  
 double E=stdIn.nextDouble();
 
 double me=9.1093826e-31; double nucle=6.64465650e-27;
                                          //nucle= alpha particle
                                          //rm=reduced mass
 double rm=(2*me*nucle)/(2*(2*me+nucle));
 
 double pai=3.141592653589793; double epsi=8.85418781787346e-12;
 double h=6.62606896e-34; double ele=1.60217653e-19;
                              
                             // calculation of initial VY from E and r1    
 double poten=-(2*ele*ele*2)/(4*pai*epsi*r)+(ele*ele)/(4*pai*epsi*2*r);
                             
                             //vya= total E-potential energy  
 double vya=-(E*1.60217646e-19)-poten*1.0e14; 
 if (vya > 0) {
                               // vyb=velocity from kinetic energy
 double vyb=Math.sqrt(vya/me); 
 double VY=vyb*1.0e-11;         // change m/sec to MM/SS
 
 double prexx=r; double VX=0.0; double WN=0.0; double preyy=0.0; 
 double xx,yy,vk,preVY,preWN,midWN;
  
 do {
    xx=prexx+VX; yy=preyy+VY;        //electron 1 position after 1SS
    preVY=VY;preWN=WN ;
    vk=VX*VX+VY*VY;                  //calculation of WN from VX,VY 
                                     
    WN=WN+(rm*vk*1.0e-3)/h;                        
                                   //calculation of VX,VY from Coulomb force
    double ra=Math.sqrt(prexx*prexx+preyy*preyy);       
    double rb=Math.sqrt(4.0*prexx*prexx+2.0*preyy*preyy);
    ra=ra*1.0e-14; rb=rb*1.0e-14; 
    prexx=prexx*1.0e-14; preyy=preyy*1.0e-14;
    double ac=(2*ele*ele)/(4*pai*epsi*rm);
                                          // accelerations
    VX=VX+1.0e-36*ac*prexx*(-1.0/(ra*ra*ra)+1.0/(rb*rb*rb));   
                                         
    VY=VY+1.0e-36*ac*preyy*(-1.0/(ra*ra*ra)+0.5/(rb*rb*rb));
    prexx=xx;preyy=yy;
  
   } while (xx > 0);              //repeat above until electron 1 arive at y axis 
   if (VY > -0.000001 && VY < 0.000001) {    // last VY condition           
  System.out.print("r1: "+r+"   ");
  System.out.printf("VX:%.10f   ", VX);
  System.out.printf("VY:%.10f   ", VY);
  System.out.printf("preVY:%.10f  ", preVY);
  midWN=(preWN+WN)/2; System.out.printf("midWN:%.10f  \n", midWN);
    }
   }}}