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#Copyright (C) 2012 Shams Karim Valibhai
#Escola Secundária da Ramada
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#This program is free software; you can redistribute it and/or modify it under 
#the terms of the GNU General Public License as published by the Free Software 
#Foundation; either version 2 of the License, or (at your option) any later 
#version.
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#This program is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT 
#ANY WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS 
#FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the GNU General Public License for more details.
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# -*- coding: cp1252 -*-
from visual import *
scene.height=1500
scene.width=1400
#Variaveis
menu="0"
menu1="0"
dt=0.001
t=0
posicao=0
#Funções
def mola (mola,a,b,c,d,e):   #a e b são os objetos/c é o que vai regular a largura da mola/d controla o numero de espiras/e é o desvio em x (serve para pôr as molas em paralelo)
    x=(arange(0,(a.pos.y-b.pos.y),0.08))
    mola.y=a.pos.y-x
    mola.x=e+a.pos.x+0.25*c*sin((d/(a.pos.y-b.pos.y))*(x))
    mola.z=a.pos.z+0.25*c*cos((d/(a.pos.y-b.pos.y))*(x))
    return mola
    
def pedido(a,b,c):
    while 1==1:
        pedido=input("\nInsira o valor d"+str(c)+" "+str(a)+str(b)+":")
        try:
            pedido=float(pedido)
            if pedido <=0 and a!="fator de amortecimento da mola" and (b!=", em metros" or c!="o"):  #Os valores nao podem ser menores ou iguais a 0, excepto o fator de amortecimento e os desvios no movimento com 2 corpos
                print ("\n"+str(c.upper())+" "+str(a)+" precisa de ter um valor positivo.")
            elif (pedido <=0 or pedido>1) and a=="fator de amortecimento da mola":
                print ("\nO valor inserido deve estar no intervalo ]0,1].")
            else:
                break
        except:
            print("\nTem de inserir um número.")
    return pedido

def saida_menu(menu,escolha):
    while menu!="0" and menu != "99":
        if escolha in ["s","sim"]:
            menu="99"
        elif escolha in ["n","não"]:
            menu="0"
        else:
            escolha=str(input("\nPor favor responda sim (s) ou não (n):"))
    return str(menu)
#Menu
while menu != "99":
    menu1="0"
    if menu == "0": #Escolher a simulação
        print("\n1.Corpo suspenso por 1 mola (teto-mola-corpo) \n2.Dois corpos e 2 molas (teto-mola1-corpo1-mola2-corpo2) \n3.Molas em paralelo e mola equivalente \n4.Arrastar objeto com o rato")
        menu=str(input("Insira o número da simulação desejada:"))
        while menu not in ["1","2","3","4"]:
            print ("\nPor favor escolha uma das duas opções, inserindo apenas o número dessa opção.")
            menu=str(input("\nInsira o número da simulação desejada:"))
    elif menu=="1":   #Escolher entre M.H.S. e M.H.A.
        simulacao=float(menu)
        while menu1 != "1" and menu1 !="2" and menu1 != "3":
            print("\n1.Movimento harmónico simples \n2.Movimento harmónico amortecido \n3.Voltar atrás")
            menu1=str(input("Escolha entre um dos tipos de movimento ou volte ao menu anterior:"))
            if menu1=="3":  #Voltar ao menu inicial
                menu="0"
            while menu1 != "1" and menu1 !="2" and menu1 != "3":
                print ("\nPor favor escolha uma das três opções, inserindo apenas o número dessa opção.")
                menu1=str(input("\nInsira o número da opção desejada:"))
                if menu1=="3":
                    menu="0"
        if menu1 == "1" or menu1 == "2": #Variaveis para M.H.S./M.H.A.
            movimento=int(menu1)-1  #movimento=0 para M.H.S. e movimento=1 para M.H.A.
            predefinido=str(input("\nDeseja utilizar os parâmetros predefinidos para o movimento (s) ou inserir os seus próprios parâmetros (n)?"))
            while predefinido not in ["s","n","sim","não"]:
                predefinido=str(input("\nPor favor responda sim (s) ou não (n):"))
            if predefinido in ["s","sim"]:
                amplitude=8
                b=0.15
                massa1=10
                k1=80
            else:
                if movimento==0:
                    amplitude=pedido("amplitude do movimento",", em metros","a")
                if movimento==1:
                    amplitude=pedido("amplitude inicial do movimento",", em metros","a")
                    b=pedido("fator de amortecimento da mola",", que tem de estar no intervalo ]0,1]","o")
                massa1=pedido("massa do corpo",", em kg","a")
                k1=pedido("constante elástica da mola",", em N/m","a")
            if movimento == 0:
                print("\nMassa do corpo: "+str(massa1)+"kg\nConstante elástica da mola: "+str(k1)+"N/m\nAmplitude do movimento: "+str(amplitude)+"m")
            if movimento == 1:
                print("\nMassa do corpo: "+str(massa1)+"kg\nConstante elástica da mola: "+str(k1)+"N/m\nAmplitude do movimento: "+str(amplitude)+"m\nFator de amortecimento: "+str(b))
            escolha=str(input("\nDeseja iniciar a simulação? (Pode voltar atrás para mudar algum dos parâmetros ou o tipo de movimento) (s/n):"))
            menu=saida_menu (menu,escolha)
    elif menu=="2":   #Movimento com 2 corpos e 2 molas
        simulacao=float(menu)
        predefinido=str(input("\nDeseja utilizar os parâmetros predefinidos para o movimento (s) ou inserir os seus próprios parâmetros (n)?"))
        while predefinido not in ["s","n","sim","não"]:
            predefinido=str(input("\nPor favor responda sim (s) ou não (n):"))
        if predefinido in ["s","sim"]:
            desvio1=2
            desvio2=5
            massa1=15
            massa2=10
            k1=80
            k2=90
            distancia=12
        else:
            print("\nValores positivos equivalem a desvios para cima e um dos corpos pode ter um desvio nulo.")
            desvio1=pedido("desvio do corpo 1 em relação à posição de equílbrio",", em metros","o")
            desvio2=pedido("desvio do corpo 2 em relação à posição de equílbrio",", em metros","o")
            while desvio1==0 and desvio2==0:
                print ("\nApenas um dos corpos pode ter um desvio nulo.")
                desvio1=pedido("desvio do corpo 1 em relação à posição de equílbrio",", em metros","o")
                desvio2=pedido("desvio do corpo 2 em relação à posição de equílbrio",", em metros","o")
            massa1=pedido("massa do corpo 1",", em kg","a")
            massa2=pedido("massa do corpo 2",", em kg","a")
            k1=pedido("constante elástica da mola 1",", em N/m","a")
            k2=pedido("constante elástica da mola 2",", em N/m","a")
            distancia=pedido("distância entre o corpo 1 e o corpo 2 na posição de equílibrio",", em metros","a")
            while distancia <= desvio2:
                print("\nA distância entre os corpos necessita de ser maior do que o desvio do corpo 2, ou este corpo irá ficar à altura do corpo 1.")
                distancia=pedido("distância entre o corpo 1 e o corpo 2 na posição de equílibrio",", em metros","a")
        print("\nMassa do corpo 1: "+str(massa1)+"kg\nMassa do corpo 2: "+str(massa2)+"kg\nConstante elástica da mola 1: "+str(k1)+"N/m\nConstante elástica da mola 2: "+str(k2)+"N/m\nDesvio do corpo 1: "+str(desvio1)+"m\nDesvio do corpo 2: "+str(desvio2)+"m\nDistância entre os dois corpos: "+str(distancia)+"m")
        escolha=str(input("\nDeseja iniciar a simulação? (Pode voltar atrás para mudar algum dos parâmetros ou a simulação desejada) (s/n):"))
        menu=saida_menu(menu,escolha)
    elif menu=="3":    #Movimento com 2 molas em paralelo
        simulacao=float(menu)
        print("\nA mola 1 e a mola 2 serão as que se vão encontrar em paralelo.")
        k1=pedido("constante elástica da mola 1",", em N/m","a")
        k2=pedido("constante elástica da mola 2",", em N/m","a")
        k3=pedido("constante elástica da mola 3",", em N/m (que para fazer de mola equivalente terá de ter o valor: "+str(k1+k2)+"N/m)","a")
        if k3!=k1+k2:
            print("\nEscolheu um valor de constante elástica para a mola 3 diferente do recomendado, os movimentos não serão iguais.")
        massa1=10
        desvio1=15
        print("\nConstante elástica da mola equivalente: "+str(k3)+"N/m\n\nSerão utilizados dois corpos com massa 10kg e os movimentos terão 15m de amplitude.")
        escolha=str(input("\nDeseja iniciar a simulação? (Pode voltar atrás para mudar algum dos parâmetros ou a simulação desejada) (s/n):"))
        menu=saida_menu(menu,escolha)
    elif menu=="4":
        simulacao=float(menu)
        menu="99"

mola1=curve()
mola2=curve()
mola3=curve()

# Movimento harmónico simples (H.M.S.) e movimento harmónico amortecido (H.M.A.)
if simulacao==1 and (movimento==0 or movimento==1):
    wo=sqrt(k1/massa1)
    #Corpo
    cubo1=sphere(pos=(0,0,0),radius=(0.1*float(massa1)), color=color.blue)
    folga=5+2*cubo1.radius
    #Legenda
    caixa=label(pos=(-10,5,0))
    if movimento==0:
        caixa2=label(pos=(-10,3,0), text="velocidade angular: "+str("%.2f" %(wo))+" rad/s")
    elif movimento==1:
        caixa2=label(pos=(-10,3,0), text="velocidade angular: "+str("%.2f" %(wo*sqrt(1-((b)**2))))+" rad/s") #A velocidade angular no M.H.A. é igual a wo*sqrt(1-b**2)
    #Objetos
    tecto=box(pos=(0,folga+amplitude,0),size=(0.5*amplitude,0.05*amplitude,0.5*amplitude),color=color.blue)
    chao=box(pos=(0,-amplitude-folga,0),size=(3*amplitude,0.2,3*amplitude),color=color.white)
    suporte=curve(radius=0.15*cubo1.radius,x=0.5*amplitude,y=arange(chao.y,tecto.y+0.1,0.1))
    curva=curve(radius=0.15*cubo1.radius,x=(0.5*amplitude)/2+((0.5*amplitude)/2)*cos(arange(0,pi,0.1)),y=tecto.y+((0.5*amplitude)/2)*sin(arange(0,pi,0.1)))
    exemplo=box(size=(1,1,1),pos=(-0.25*amplitude,0.6+chao.y,0),color=color.orange)
    while true:
        rate(1000)
        #Mola
        mola(mola1,tecto,cubo1,cubo1.radius,120,0)
        #Movimento
        cubo1.pos.y=posicao
        t=t+0.001
        if movimento==0:
            posicao=amplitude*sin((wo*t)+pi/2)
            caixa.text="velocidade: "+str("%.2f" %(amplitude*wo*cos((wo*t)+pi/2)))+" m/s"
        else:
            posicao=((exp(-b*t))*(amplitude*sin((wo*t)+pi/2)))  #A velocidade é obtida a partir da derivada da funçao posição
            caixa.text="velocidade: "+str("%.2f" %(amplitude*(-b*exp(-b*t)*sin((wo*t)+pi/2)+wo*exp(-b*t)*cos((wo*t+pi/2)))))+" m/s"
            if abs(amplitude*(-b*exp(-b*t)*sin((wo*t)+pi/2)+wo*exp(-b*t)*cos((wo*t+pi/2))))<0.005 and -0.00001<posicao<0.00001:
                caixa.text="Movimento parou"
                break

# Movimento com 2 corpos e 2 molas
elif simulacao==2:
    #Corpos
    equilibrio1=0
    equilibrio2=equilibrio1-distancia
    cubo1=sphere(pos=(0,equilibrio1+desvio1,0),radius=(0.15*float(massa1)), color=color.blue,velocity=vector(0,0,0))
    cubo2=sphere(pos=(0,equilibrio2+desvio2+desvio1,0),radius=(0.15*float(massa2)), color=color.red,velocity=vector(0,0,0))
    folga=5+2*cubo1.radius
    #Legendas
    caixa1=label(pos=(-15,8,0))
    caixa2=label(pos=(-15,4,0))
    #Objetos
    chao=box(pos=(0,cubo2.pos.y-1.6*abs(desvio2)-1.6*abs(desvio1)-1.4*distancia,0),size=(20*cubo1.radius,0.2,20*cubo1.radius),color=color.white)
    tecto=box(pos=(0,folga+2*(abs(desvio1)+abs(desvio2)),0),size=(5*cubo1.radius,0.5*cubo1.radius,5*cubo1.radius),color=color.blue)
    suporte=curve(x=7*cubo1.radius,y=arange(chao.y,tecto.y+0.1,0.1),radius=0.15*cubo1.radius)
    curva=curve(radius=0.15*cubo1.radius,x=(7*cubo1.radius)/2+((7*cubo1.radius)/2)*cos(arange(0,pi,0.1)),y=tecto.y+((7*cubo1.radius)/2)*sin(arange(0,pi,0.1)))
    exemplo=box(size=(1,1,1), pos=(-3.5*cubo1.radius,0.6+chao.y,0), color=color.orange)
    while true:
        rate(1000)
        t=t+0.001
        #Molas
        mola(mola1,tecto,cubo1,cubo1.radius,120,0)
        mola(mola2,cubo1,cubo2,cubo1.radius,80,0)
        #Movimento
        Fr1=-k1*(cubo1.pos.y-equilibrio1)+k2*(cubo2.pos.y-cubo1.pos.y-equilibrio2)
        Fr2=-k2*(cubo2.pos.y-cubo1.pos.y-equilibrio2)
        cubo1.velocity.y=cubo1.velocity.y+((Fr1)/massa1)*dt
        cubo2.velocity.y=cubo2.velocity.y+(Fr2/massa2)*dt
        cubo1.pos.y=cubo1.pos.y+cubo1.velocity.y*dt
        cubo2.pos.y=cubo2.pos.y+cubo2.velocity.y*dt
        caixa1.text="velocidade do corpo 1: "+str("%.2f" %(cubo1.velocity.y))+" m/s"
        caixa2.text="velocidade do corpo 2: "+str("%.2f" %(cubo2.velocity.y))+" m/s"
        if cubo1.pos.y-cubo2.pos.y<cubo1.radius+cubo2.radius:
            colisao=label(pos=(-15,12,0),text="Colisão")
            break

# Movimento com 2 molas em paralelo
elif simulacao==3:
    #Corpos
    cubo1=box(pos=(5,desvio1,0),size=(0.5*desvio1,0.1*desvio1,0.5*desvio1),velocity=vector(0,0,0))
    cubo2=box(pos=(-5,desvio1,0),size=(0.5*desvio1,0.1*desvio1,0.5*desvio1),velocity=vector(0,0,0))
    #Objetos
    caixa1=label(pos=(20,5,0),text="velocidade angular: "+str("%.2f" %(sqrt((k1+k2)/massa1)))+" rad/s")
    caixa2=label(pos=(-20,5,0),text="velocidade angular: "+str("%.2f" %(sqrt(k3/massa1)))+" rad/s")
    folga=8+cubo1.size.y
    tecto1=box(pos=(5,folga+desvio1,0),size=(0.5*desvio1,0.7,0.5*desvio1),color=color.blue)
    tecto2=box(pos=(-5,folga+desvio1,0),size=(0.5*desvio1,0.7,0.5*desvio1),color=color.blue)
    chao=box(pos=(0,-desvio1-folga,0),size=(3*desvio1,0.2,3*desvio1),color=color.white)
    suporte=curve(x=5,y=arange(chao.y,tecto1.y+0.1,0.1),z=-0.5*desvio1,radius=0.3)
    suporte2=curve(x=-5,y=arange(chao.y,tecto1.y+0.1,0.1),z=-0.5*desvio1,radius=0.3)
    curva=curve(radius=0.3,x=5,y=tecto1.y+((0.5*desvio1)/2)*sin(arange(0,pi,0.1)),z=-(0.5*desvio1)/2+((0.5*desvio1)/2)*cos(arange(0,pi,0.1)))
    curva2=curve(radius=0.3,x=-5,y=tecto1.y+((0.5*desvio1)/2)*sin(arange(0,pi,0.1)),z=-(0.5*desvio1)/2+((0.5*desvio1)/2)*cos(arange(0,pi,0.1)))
    while true:
        rate(1000)
        t=t+0.001
        #Molas
        mola(mola1,tecto1,cubo1,cubo1.size.x/4,90,2)
        mola(mola2,tecto1,cubo1,cubo1.size.x/4,90,-2)
        mola(mola3,tecto2,cubo2,cubo1.size.x/3,90,0)
        #Movimento
        Fe1=-k1*cubo1.pos.y-k2*cubo1.pos.y
        Fe2=-k3*cubo2.pos.y
        cubo1.velocity.y=cubo1.velocity.y+(Fe1/massa1)*dt
        cubo1.pos=cubo1.pos+cubo1.velocity*dt
        cubo2.velocity.y=cubo2.velocity.y+(Fe2/massa1)*dt
        cubo2.pos=cubo2.pos+cubo2.velocity*dt

# Movimento harmónico simples a arrastar o objeto
elif simulacao==4:
    pick=None
    #Variáveis
    k1=80
    massa1=15
    #Corpo
    cubo1=sphere(pos=(0,0,0),radius=(0.1*float(massa1)), color=color.blue, velocity=vector(0,0,0))
    folga=5+2*cubo1.radius
    #Objetos
    amplitude=15  #Amplitude para o tamanho dos objetos
    tecto=box(pos=(0,folga+amplitude,0),size=(0.5*amplitude,0.05*amplitude,0.5*amplitude),color=color.blue)
    chao=box(pos=(0,-amplitude-folga,0),size=(3*amplitude,0.2,3*amplitude),color=color.white)
    suporte=curve(radius=0.15*cubo1.radius,x=0.5*amplitude,y=arange(chao.y,tecto.y+0.1,0.1))
    curva=curve(radius=0.15*cubo1.radius,x=(0.5*amplitude)/2+((0.5*amplitude)/2)*cos(arange(0,pi,0.1)),y=tecto.y+((0.5*amplitude)/2)*sin(arange(0,pi,0.1)))
    #Legenda
    informacao=label(pos=(0,chao.y,0))
    while true:
        while true:        #Arrastar o objeto e largar (O arrastar do objeto e o movimento estão separados porque é dificil pegar no objeto enquanto este se move)
            rate(100)
            informacao.text="Arraste o objeto\nPressione 0 para colocar o corpo na posição inicial\nAmplitude: "+str("%.2f" % abs(cubo1.pos.y))+"m"
            mola(mola1,tecto,cubo1,cubo1.radius,120,0)
            cubo1.velocity=vector(0,0,0)    #A velocidade volta a 0
            #Arrastar com o rato
            if scene.mouse.events: 
                m1 = scene.mouse.getevent()
                if m1.drag and m1.pick == cubo1:
                    drag_pos = m1.pickpos
                    pick = m1.pick 
                elif m1.drop:
                    amp=abs(cubo1.pos.y)  #Registar a amplitude do movimento
                    pick = None
                    if cubo1.pos.y !=0:   #Só iniciar o movimento se o corpo tiver sido movido
                        break
            if pick:
                new_pos = scene.mouse.project(normal=(0,0,1)) 
                if new_pos != drag_pos:
                    pick.pos.y += new_pos.y - drag_pos.y 
                    drag_pos = new_pos
            #Limites da posição do corpo
            if cubo1.pos.y > tecto.y - folga:
                cubo1.pos.y = tecto.y - folga
            elif cubo1.pos.y < -(tecto.y - folga):
                cubo1.pos.y = -(tecto.y - folga)
            #Voltar à origem
            if scene.kb.keys:
                l=scene.kb.getkey()
                if l=="0":
                    cubo1.pos=(0,0,0)
        while true:     #Movimento do objeto
            rate(1000)
            informacao.text="Clique para parar o movimento\nAmplitude: "+str("%.2f" % amp)+"m"
            mola(mola1,tecto,cubo1,cubo1.radius,120,0)
            Fe=-k1*cubo1.pos.y
            cubo1.velocity.y=cubo1.velocity.y+(Fe/massa1)*dt
            cubo1.pos=cubo1.pos+cubo1.velocity*dt
            if scene.mouse.clicked:
                break