弹簧链 · 原理与代码
胡克定律弹簧质点链,看周期与能量。
运行逻辑
访问 `/physics/spring` 时,DemoHost 按 registry 的 `mod: 'kit-physics'` 懒加载 `demos/kits/kit-physics.js`,调用 `mount(host, { variant: 'spring' })`。 mount 把 variant 解析为家族 `spring`,`withControls` 生成控件面板(6 个预设 + 参数滑块)。 `createCanvasStage` 创建 `<canvas>`(HiDPI 上限 2×、ResizeObserver 自适应)和右侧信息面板。 家族的 `build(S)` 初始化本 demo 的状态并返回每帧回调。 每个 `requestAnimationFrame`:读取控件值,按速度缩放模拟时钟(dt 上限 50 ms),执行帧回调绘制;返回的读数写入信息面板。 指针按下/拖动/移动时更新交互状态(拖拽手柄、悬停读数);未触碰且开启「自动演示」时指针沿 Lissajous 路径自动移动。 改变参数:颜色/速度/大小等即时生效,需要重建的参数触发重新挂载;离开页面时取消 rAF、移除监听并释放资源。
运行环境
Canvas 2D: 2D 画布绘图; requestAnimationFrame: 与屏幕刷新同步的动画循环; ResizeObserver: 画布随容器尺寸自适应; Pointer Events: 鼠标/触摸/触控笔统一事件; devicePixelRatio: HiDPI 清晰渲染(上限 2×) · react 18.3.1, react-router-dom 6.30.6, vite 5.4.21
引入的组件与依赖
react 18.3.1
引入的组件函数
withControls — 把演示包进统一控制面板(预设按钮、参数滑块、重置),参数变化时热更新或重挂载; paramsFromSpec — 把 spec(颜色/速度/大小/数量/额外参数)转换成控制面板参数定义; createCanvasStage — 共享 Canvas 2D 舞台:画布 + 信息面板、HiDPI、单一 rAF 循环、指针状态、自动演示指针; hexRgb — 颜色字符串 → [r, g, b]; rgba — 生成 rgba() 颜色字符串; clamp — 把数值限制在区间内; TAU — 常量 2π; fmt — 数字格式化(固定小数位); F — 公式块 HTML; S.onDown — 指针按下; S.onUp — 指针抬起; S.clear — 用背景色清屏(可半透明做拖尾); S.get — 读取当前控件参数; S.onFrame — 注册每帧回调,返回值进入信息面板读数; ctx.fillRect() — 填充矩形; ctx.beginPath() — 开始一条新路径; ctx.moveTo() — 移动画笔起点(不画线); ctx.lineTo() — 直线连到指定点; ctx.stroke() — 描边当前路径; ctx.arc() — 画圆弧/圆(圆心、半径、起止角); ctx.fill() — 填充当前路径
本 demo 代码
frontend/src/demos/kits/kit-physics.js: FAM.spring (L297-L339)
代码解释
L299-299: 控件定义(颜色/速度/大小/数量/额外参数):弹簧颜色、自然长度、质点数、劲度系数 k、阻尼 c、重力 g。 L300-300: 预设按钮:名称 → 参数覆盖值(6 个:软簧、硬簧、少点、多点、鼠标拉、静)。 L301-309: 信息面板内容:实时读数行 rows(v)、公式、说明、参数、步骤。 L310-338: 初始化函数:建立状态并返回每帧回调:注册指针事件 `S.onDown`, `S.onUp`;用 Canvas 2D 的 `fillRect`, `beginPath`, `moveTo`, `lineTo`, `stroke`, `arc` … 绘制;数学计算用到 `Math.round`, `Math.min`, `Math.hypot`, `Math.sqrt`;返回读数 `n`, `k`, `c`, `w0`, `T`, `ext`, `Ue` … 给信息面板。
原理
胡克定律:F = −k·(|Δx| − L₀)·x̂ 阻尼:F_d = −c·(v₁ − v₂)·x̂ ω₀ = √(k/m),T = 2π√(m/k)(m = 1) 一串质点用弹簧连起来,顶端挂在一个锚点上。每根弹簧遵守 胡克定律 :拉得越长,拉力越大,方向指回原长。 重力把链子往下拉,弹簧把它拉回去,于是上下振荡;阻尼让振荡逐渐减弱。劲度 k 越大振得越快,周期 T = 2π√(m/k)。 锚点会跟着指针左右移动,带动整条链摆动;按住任意质点可以拉扯它。