Manim을 활용한 일반물리학 문제풀이

파이썬과 물리학

by 명쾌 2023. 1. 18. 20:23

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오늘은 일반물리학 문제 중 하나를 Manim(매님)을 활용해 문제풀이를 해보려 한다. 먼저 Manim이 무엇인지 간략하게 설명하자면 Mathmatical Animation Engine의 약어로 수학에서 흔히 다루는 그래프, 도형 그리고 다양한 수식 등을 동적인 애니메이션 영상으로 시각화 해주는 파이썬 라이브러리다.

Manim 설치 및 가이드는 커뮤니티 사이트를 참고해 보기 바란다.
https://www.manim.community/

Manim Community

Examples class ContinuousMotion(Scene): def construct(self): func = lambda pos: np.sin(pos[0] / 2) * UR + np.cos(pos[1] / 2) * LEFT stream_lines = StreamLines(func, stroke_width=2, max_anchors_per_line=30) self.add(stream_lines) stream_lines.start_animatio

www.manim.community

그러면 이제 본격적으로 문제를 풀어보자.

문제는 아래와 같다.

이 문제는 속도와 속력의 개념을 정확하게 알고 있느냐를 묻는 문제로 보인다. 속도는 변위를 걸린시간으로 나눈 값이고 속력은 이동거리를 걸린시간으로 나눈 값이다. 여기서 이동거리는 방향에 관계없는 총 이동량을 나타내며 변위는 방향을 가지며 출발점과 도착점을 직선으로 이은 거리를 의미한다.

문제에서 영희는 6.0km/h의 속력으로 2.8km 거리를 이동했다. 이 때 걸린 시간은 2.8/6.0 = 0.46시간이 된다.
여기서 35분은 0.58시간이므로 집에서 체육관까지 가는데 걸린시간 0.46시간을 뺀 0.12시간은 체육관에서 집으로 되돌아 오는 길이었다는 의미이다.
그래서 영희가 0.12시간동안 간 거리는 0.12h X 7.7km/h = 0.92km가 된다.

따라서 영희의 변위는 출발지점에서 35분 당시 지점을 직선으로 연결한 것이 되므로 2.8km - 0.92km = 1.88km가 된다.

영희의 변위를 구했으므로 평균속도를 구할 수 있게 되었다.

영희의 평균속도 = 1.9km/0.58h = 3.24km/h 가 된다.

한편 영희가 총 이동한 거리는 체육관에서 집으로 돌아온 0.92km의 거리를 더하면 된다.

따라서 영희의 평균속력 = (2.8km + 0.92km)/0.58h = 6.41km/h가 된다.

이 문제의 풀이를 Manim 라이브러리를 활용해 영상으로 만들어 보았다. 아주 초보적이지만 이 글을 읽으시는 독자도 충분히 만들 수 있으니 용기를 가지고 도전해보기 바란다.

결론

파이썬 코딩으로 영상을 만들 수 있다는 점은 놀라웠다. 기존에 모션 그래픽은 대게 어도비(Adobe)의 에프터 이팩트같은 프로그램을 주로 사용했는데, 에프터 이팩트를 사용하려면 꽤나 큰 비용(구독료)을 지불해야 하고 프로그램도 굉장히 무거운데, 오픈소스로 개방된 Manim은 별도의 사용료가 필요하지 않고 파이썬 언어로 코딩을 할 수 있다면 누구나 영상을 만들어 볼 수 있다는 점에서 매력적이라고 생각한다.

오늘도 부족한 글 읽어 주셔서 감사합니다.
새해 복 많이 받으세요.