與 Linux 一起學習：物理模擬

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Linux 提供大量的教學軟體和工具，面向各個年級段以及不同年齡段，提供大量學科的練習實踐，其中大多數是可以與使用者進行互動的。本“與 Linux 一起學習”系列就來介紹一些教學軟體。

物理是一個有趣的課題，證據就是任何物理課程都可以用具體的圖片演示給你看。能看到物理變化過程是一個很妙的體驗，特別是你不需要到教室就能體驗到。Linux 上有很多很好的科學軟體來為你提供這種美妙感覺，本篇文章只著重介紹其中幾種。

1. Step

Step 是一個互動型物理模擬器，屬於 KDEEdu（KDE 教育）專案的一部分。沒人會比它的作者更瞭解它的作用。在專案官網主頁上寫著“[Step] 是這樣玩的：你放點東西進來，新增一些力（地心引力或者彈簧），然後點選‘模擬（Simulate）’按鈕，這款軟體就會為你模擬這個物體在真實世界的物理定律影響下的運動狀態。你可以改變物體或力的屬性（允許在模擬過程中進行修改），然後觀察不同屬性下產生的現象。Step 可以讓你從體驗中學習物理！”

Step 依賴 Qt 以及其他一些 KDE 所依賴的軟體，正是由於像 KDEEdu 之類的專案存在，才使得 KDE 變得如此強大，當然，你可能需要忍受由此帶來的龐大的桌面系統。

Debian 的源中包含了 step 軟體，終端下執行以下命令安裝：

sudo apt-get install step

在 KDE 環境下，它只需要很少的依賴，幾秒鐘就能安裝完成。

Step 有個簡單的互動介面，你進去後直接可以進行模擬操作。

你會發現所有物品在螢幕左邊，包括不同的質點，空氣，不同形狀的物體，彈簧，以及不同的力（見區域1） 。如果你選中一個物體，螢幕右邊會出現簡短的描述資訊（見區域2），以及你創造的世界的介紹（主要介紹這個世界中包含的物體）（見區域3），以及你當前選中的物體的屬性（見區域4），以及你的操作歷史（見區域5）。

一旦你放好了所有物體，點選下“模擬”按鈕，可以看到物體與物體之間的相互作用。

想要更多瞭解 Step，按 F1 鍵，KDE 幫助中心會顯示出詳細的軟體操作手冊。

2. Lightspeed

Lightspeed 是一個簡單的基於 GTK+ 和 OpenGL 的模擬器，可以模擬一個高速移動的物體被觀測到的現象。這個模擬器的理論基礎是愛因斯坦的狹義相對論，在 Lightspeed 的 srouceforge 頁面上，他們這樣介紹：當一個物體被加速到幾千公里每秒，它就會表現得扭曲和褪色；當物體被不斷加速到接近光速（299,792,458 m/s）時，這個現象會越來越明顯，並且在不同方向觀察這個物體的扭曲方式，會得到完全不一樣的結果。

受到相對速度影響的現象如下（LCTT 譯註：都可以從“光速不變”理論推匯出來）：

• 洛倫茲收縮（The Lorentz contraction） —— 物體看起來變短了
• 多普勒紅移/藍移（The Doppler red/blue shift）—— 物體的顏色變了
• 前燈效應（The headlight effect）—— 物體的明暗變化（LCTT 譯註：當物體接近光速移動時，會在它前進的方向強烈地輻射光子，從這個角度看，物體會變得很亮，相反，從物體背後觀察，會發現它很暗）
• 光行差效應（Optical aberration）—— 物體扭曲變形了

Lightspeed 有 Debian 的源，執行下面的命令來安裝：

sudo apt-get install lightspeed

使用者介面非常簡單，裡邊有一個物體（你可以從 sourceforge 下載更多形狀的物體）沿著 x 軸運動（按下 A 鍵或在選單欄 object 專案的 Animation 選項設定，物體就會開始運動）。

你可以滑動右邊的滑動條來控制物體移動的速度。

其他一些簡單的控制器可以讓你獲得更多的視覺效果。

點選介面並拖動滑鼠可以改變物體視角，在 Camera 選單下可以修改背景顏色或者物體的圖形模式，以及其他效果。

特別推薦： Physion

Physion 是個非常有趣並且美觀的物理模擬軟體，比上面介紹的兩款軟體都好玩好看。

先來看看視訊吧：

 

不用多介紹了，從它的官網下載吧：

• Linux

從他們放在 Youtube 上的視訊來看，Physion 還是值得我們下載下來玩玩的。

你有其他 Linux 下的好玩的物理模擬、演示、教學軟體嗎？如果有，請在評論處分享給我們。