放射性衰变是指数衰减的典型例子。另外还有化学反应某反应物的减少,RC电路电流的减小,大气压随海拔高度的减小等。

指数衰减的方程:

\begin{equation}

\frac{dN(t)}{dt}=-\frac{N(t)}{\tau}

\label{eq1}

\end{equation}

其中,\(N(t)\)为\(t\)时刻的物理量\(N\),对于放射性衰变,\(N\)就是未衰变的原子核数目。\(\tau\)为时间常数。

方程\eqref{eq1}有解析解:

\[N(t)=N(0)\exp(-t/\tau)
\]

这个解可以通过Matlab符号计算求得:

  1. dsolve('DN=-N/tau')
  2. ans =
  3. C3*exp(-t/tau)

数值求解方程\eqref{eq1},可用欧拉格式将方程离散化。

\[t_i=(i-1) \Delta t,\quad i=1,2,\dots,\mathrm{npoints}
\]

\[\frac{dN(t)}{dt}\approx\frac{N(t)-N(t-\Delta t)}{\Delta t}
\]

将以上两式带入方程\eqref{eq1},得离散之后的方程:

\[N(t_{i+1})=N(t_i)-N(t_i)\frac{\Delta t}{\tau}
\]

代入初始条件,即可得解。

下面写个Matlab 脚本文件,重复出Computational Physics_Giordano 2nd Edition的图1.1,pp11

  1. %
  2. % Exponent decay
  3. % 'Computational Physics' book by N Giordano and H Nakanishi
  4. % Section 1.2 p2
  5. % Solve the Equation dN/dt = -N/tau
  6. % by Joyful Physics Blog
  7. % ------------------------------------------------------------
  8. N_nuclei_initial = 100; %initial number of nuclei
  9. npoints = 101; % Discretize time into 100 intervals
  10. dt = 0.05; % set time step
  11. tau=1; % set time constant
  12. N_nuclei = zeros(npoints,1); % initializes N_nuclei, a vector of dimension npoints X 1,to being all zeros
  13. time = zeros(npoints,1); % this initializes the vector time to being all zeros
  14. N_nuclei(1) = N_nuclei_initial; % the initial condition, first entry in the vector N_nuclei is N_nuclei_initial
  15. time(1) = 0; %Initialise time
  16. for step=1:npoints-1 % loop over the timesteps and calculate the numerical solution
  17. N_nuclei(step+1) = N_nuclei(step) - (N_nuclei(step)/tau)*dt;
  18. time(step+1) = time(step) + dt;
  19. end
  20. % calculate analytical solution below
  21. t=0:0.05:5;
  22. N_analytical=N_nuclei_initial*exp(-t/tau);
  23. % Plot both numerical and analytical solution
  24. plot(time,N_nuclei,'ro',t,N_analytical,'b'); %plots the numerical solution in red and the analytical solution in blue
  25. xlabel('Time (s)')
  26. ylabel('Number of nuclei')
  27. text(2,80,'Time constant = 1s')
  28. text(2,70,'Time step = 0.05s')

运行程序,得到:

Matlab数值计算最简单的一个例子——指数衰减的更多相关文章

  1. 菜鸟学习Hibernate——简单的一个例子

    一.Hibernate开发. 上篇博客已经为大家介绍了持久层框架的发展流程,持久层框架的种类. 为了能够使用Hibernate快速上手,我们先讲解一个简单的Hibernate应用实例hibernate ...

  2. struts2基础——最简单的一个例子

    学习版本:struts-2.3.15.3 一.导入jar包,可以参考 官方项目 blank. 二.添加配置文件:web.xml struts.xml web.xml: <filter> & ...

  3. SSH整合最简单的一个例子

    1.新建mysql数据库   create database spring; 切换数据库 use spring; 新建表 create table user (id int(3) auto_incre ...

  4. QT 自定义消息(超级简单的一个例子)

    #define TEST_EVENT QEvent::User + 100   class CVxActuatorMain : public QMainWindow {   protected:    ...

  5. 写了个 Task.WhenAll(t)的一个例子。

    public static void Main() { var t = Task.Run(() => { throw new Exception("aa"); }); Tas ...

  6. matlab实现梯度下降法(Gradient Descent)的一个例子

    在此记录使用matlab作梯度下降法(GD)求函数极值的一个例子: 问题设定: 1. 我们有一个$n$个数据点,每个数据点是一个$d$维的向量,向量组成一个data矩阵$\mathbf{X}\in \ ...

  7. 一个简单的CORBA例子

    因为对CORBA分析的需要,这里写一个简单的CORBA例子.从JDK1.2开始,JDK中集成了ORB的实现,本例子使用了JDK1.7,对于JDK1.2+应该都没有问题.这个例子实现一个简单的加减乘除的 ...

  8. 对Jena的简单理解和一个例子

    本文简单介绍Jena(Jena 2.4),使用Protégé 3.1(不是最新版本)创建一个简单的生物(Creature)本体,然后参照Jena文档中的一个例子对本体进行简单的处理,输出本体中的Cla ...

  9. 轻松创建nodejs服务器(1):一个简单nodejs服务器例子

    这篇文章主要介绍了一个简单nodejs服务器例子,本文实现了一个简单的hello world例子,并展示如何运行这个服务器,需要的朋友可以参考下   我们先来实现一个简单的例子,hello world ...

随机推荐

  1. C#进阶系列——WebApi接口传参不再困惑:传参详解(转载)

    原文地址: http://www.cnblogs.com/landeanfen/p/5337072.html 前言:还记得刚使用WebApi那会儿,被它的传参机制折腾了好久,查阅了半天资料.如今,使用 ...

  2. 05.C#泛型类型(三章3.1-3.2)

    接下来说下C#中的泛型,熟练地使用泛型能提高代码的重用性,使用我们代码瞬间就高大上了,当然只有一点点,真的只有一点点,因为后面要学习和掌握的知识还有很多.先来看下一个使用Dictionary<T ...

  3. web前端开发教程系列-2 - 前端开发书籍分享

    目录: 前言 一. CSS 二. JavaScript 三. jQuery 四. 后记   前言 前端书籍在每个商城或书架上面都是琳琅满目,很多初学者又不能很好的判断书的质量或层次.因为今天给同学们分 ...

  4. 开课选课系统APP基本功能实现

    队员:031302511 031302505 效果图如下:        上述功能分析: 功能分析:我们考虑到手机自带的SQLite会被清理软件清理掉数据,这样就没有实际用处.所以我们就自己搭建服务器 ...

  5. java操作word

    一个使用Apache POI写word文档的实例: 1 package apache.poi; 2 3 import java.io.ByteArrayInputStream; 4 import ja ...

  6. 【POJ 2104】 K-th Number 主席树模板题

    达神主席树讲解传送门:http://blog.csdn.net/dad3zz/article/details/50638026 2016-02-23:真的是模板题诶,主席树模板水过.今天新校网不好,没 ...

  7. .net架构设计读书笔记--第二章 第7节 神化般的业务层

    一.编排业务逻辑的模式1. 事务脚本模式TS(The Transaction Script pattern ) TS模式概述     TS 鼓励你跳过任何的面向对象的设计,你直接到所需的用户操作的业务 ...

  8. js中的with语句

    javascript中的with语句是什么?       with 语句可以方便地用来引用某个特定对象中已有的属性,但是不能用来给对象添加属性.要给对象创建新的属性,必须明确地引用该对象.   看起来 ...

  9. 让js的forin循环禁止forin到某个属性的话要怎么做

    //知识点1:for In循环是可以枚举到继承的属性的://知识点2:使用defineProperty让属性无法通过forIn枚举到://知识点3:用definedProperty重新定义一个属性药把 ...

  10. ACM算法总结及刷题参考

    参考:http://bbs.byr.cn/#!article/ACM_ICPC/11777 OJ上的一些水题(可用来练手和增加自信)(poj3299,poj2159,poj2739,poj1083,p ...