Que yo vea, hay un error en una de las ecuaciones en que actualizas la velocidad en el eje Y de los objetos, pues usas un -=
donde debería ser un +=
.
Corregido ese problema, creo que el código se comporta como debe, si bien caben una serie de observaciones debido a las cuales la animación que obtienes finalmente parece contraintuitiva:
- Las masas de los puntitos las generas al azar, entre 500 y 500000. Es un rango de variabilidad muy grande. Puedes tener una masa de sólo 500 (que apenas afectaría a las demás) junto a otras de 200000 o más, que dominarían la situación. Pero ya que todas se representan del mismo tamaño en la GUI su comportamiento no será fácil de comprender. Sería mejor que el radio de los puntitos en la representación fuera proporcional por ejemplo a la raiz cúbica de su masa.
- La masa que gobiernas con el ratón (punto rojo) es cero por defecto. Sin embargo se representa como un punto mucho más gordo que los demás, que parece un sol. Intuitivamente uno esperaría que los "planetas" sufrieran un fuerte tirón gravitatorio por parte de ese "sol", pero al darle masa cero, de hecho es como si no estuviera. De nuevo contraintuitivo.
- Una vez que uno de los cuerpos se ve atraído por otro, su velocidad se irá incrementando cada vez más, en forma no lineal (pues la aceleración que sufre también va en aumento debido a que las distancias se acortan). En consecuencia la posición de ese objeto se incrementará cada vez más de prisa y, debido a la inercia, incluso después de rebasar al objeto que lo atraía (si no colisonan) saldrá despedido fuera de la pantalla y es probable que no vuelvas a verlo más. La trayectoria de estos objetos podría ser una parábola y no volver a entrar nunca en pantalla, o una elipse muy excéntrica y tardar años en volver (como los cometas). Todo esto puede producir la sensación de que algo está mal y aparentar que las masas se "repelen" en vez de atraerse (esa es la sensación que me produjo a mi en mis primeras simulaciones).
No obstante, creo que todo está correcto. Un comportamiento más normal y menos contraintuitivo se consigue si dotas al "sol" (el cursor del ratón) de una masa mucho mayor que la de los "planetas" y pruebas a acercarlo a ellos para ver cómo se ven atraídos. También puede ayudar mucho el dibujar en cada planeta una flecha-vector que indique la dirección y magnitud de su velocidad, para confirmar que la atracción y la inercia están funcionando como deben. También se puede hacer que el tamaño de cada "planeta" sea proporcional a su masa como antes comenté, lo que puede hacer más intuitivo el comprender sus movimientos.
El siguiente código implementa estas "mejoras" además de corregir el error de signo antes mencionado:
from tkinter import *; import math; import random; import time
root=Tk()
root.geometry("2366x720")
mouseY, mouseX = 0,0
Objectx, Objecty, Objectxvel, Objectyvel, ObjectMass, ObjectR = [],[],[],[],[],[]
for i in range(3): # numero objetos
Objectx.append(random.randint(100,1000))
Objecty.append(random.randint(100,700))
Objectxvel.append(0) #Objectxvel.append(random.randint(-30,30) / 100)
Objectyvel.append(0) #Objectyvel.append(random.randint(-30,30) / 100)
ObjectMass.append(random.randint(500,20000))
ObjectR.append(ObjectMass[i]**0.3333333)
canvas=Canvas(root, bg="white")
canvas.pack(fill="both", expand=True)
def mousePos(event):
global mouseX; global mouseY
mouseX,mouseY = event.x, event.y
root.bind("<Motion>", mousePos)
mouseMass=500000 # masa del circulo rojo. No es importante pero se puede cambiar por diversion
G = 6.67428e-11
while True:
canvas.delete("all")
for Num in range(len(Objectx)):
angle = math.atan2(mouseY-Objecty[Num], mouseX-Objectx[Num])
distance = math.sqrt( ((mouseX-Objectx[Num])**2) + ((mouseY-Objecty[Num])**2) )
Objectxvel[Num] += math.cos(angle) * G * ObjectMass[Num] * mouseMass / (distance ** 2)
Objectyvel[Num] += math.sin(angle) * G * ObjectMass[Num] * mouseMass / (distance ** 2)
Objectx[Num] += Objectxvel[Num]
Objecty[Num] += Objectyvel[Num]
if distance < 20:
if distance < 15:
Objectx[Num] -= Objectxvel[Num] * 1.5
Objecty[Num] -= Objectyvel[Num] * 1.5
Objectxvel[Num] = 0
Objectyvel[Num] = 0
else:
Objectx[Num] -= Objectxvel[Num] * 1.01
Objecty[Num] -= Objectyvel[Num] * 1.01
Objectxvel[Num] = 0
Objectyvel[Num] = 0
for Num2 in range(len(Objectx)):
angle = math.atan2( Objectx[Num]-Objecty[Num2], Objecty[Num]-Objectx[Num2] )
distance = math.sqrt( ((Objectx[Num]-Objectx[Num2])**2) + ((Objecty[Num]-Objecty[Num2])**2) )
try:
Objectxvel[Num] += math.cos(angle) * G * ObjectMass[Num] * ObjectMass[Num2] / (distance ** 2)
Objectyvel[Num] += math.sin(angle) * G * ObjectMass[Num] * ObjectMass[Num2] / (distance ** 2)
except:
pass
Objectx[Num] += Objectxvel[Num]
Objecty[Num] += Objectyvel[Num]
if distance < 20 and distance > 0:
try:
Objectx[Num] -= Objectxvel
Objecty[Num] -= Objectyvel
except:
pass
sc = 1000 # Escala para el "vector velocidad"
x, y, r, vx, vy = Objectx[Num], Objecty[Num], ObjectR[Num]//2, Objectxvel[Num], Objectyvel[Num]
canvas.create_oval(x+r, y+r, x-r, y-r, fill="black", width=0)
canvas.create_line(x, y, x+sc*vx, y+sc*vy, arrow=LAST)
oval1=canvas.create_oval(mouseX+15, mouseY+15, mouseX-15, mouseY-15, fill="red", width=0)
root.update()
Y la siguiente animación muestra cómo estuve "jugando" un poco con el sol (que muevo yo con el ratón) y los planetas (que se mueven según las ecuaciones). No sé por qué a veces dejan un rastro.

Update
Tras un comentario del usuario, reviso el código y efectivamente había más errores en la parte en que se computa la interacción de los cuerpos entre sí. En concreto:
- Ese bucle itera de nuevo por todos los cuerpos, para calcular la fuerza ejercida por cada uno de ellos, pero cada cuerpo debería saltarse a "sí mismo" en ese bucle. Basta comprobar si
Num2==Num
y saltarse ese caso.
- El ángulo estaba mal calculado, al restar la x de un cuerpo con la y del otro. Debe restarse el mismo eje.
- Este bucle que calcula las interacciones con otros cuerpos no debería actualizar la posición de los cuerpos aún, sino sólo calcular el vector aceleración. Ya que según se va iterando sobre cada cuerpo, el vector aceleración se va modificando al tener en cuenta la contribución de cada uno de los otros, lo que va haciendo que el vector velocidad también cambie. Una vez se sale de este bucle interno y se tiene el vector velocidad final, se usa éste para actualizar las posiciones de los cuerpos.
- La parte que hacía algo si la distancia es menor de 20 estaba mal, pues intentaba restar a un número una lista. Esto produciría una excepción que era ignorada por el
except: pass
. Al final vale más quitar esto. Si quisieras simular una colisión tendrías que detectar cuándo la distancia es inferior al radio y en ese caso "fusionar" los dos cuerpos (eliminar uno de ellos de la lista y dejar sólo el otro, pero sumar sus masas), a la vez que deberías calcular la velocidad resultante del que queda por la ley de conservación del momento. Al quitar todo esto, los cuerpos simplemente "se atraviesan", o más bien se consideran masas puntuales de dimensión cero que, aunque se atraen, no pueden chocar.
Es decir, eliminando la parte que interactuaba con el "sol" y dejando sólo el cómputo de las interacciones de los cuerpos entre sí, quedaría como sigue. De paso fijo el valor de random.seed()
para que el resultado sea repetible y salga siempre el mismo. He encontrado que para un seed 4 sale un resultado interesante. Para otros valores los cuerpos enseguida salían despedidos fuera de imagen. También he cambiado el valor de G, aumentándolo varios órdenes de magnitud para que la animación vaya más rápido, que si no se eterniza.
from tkinter import *; import math; import random; import time
random.seed(4)
root=Tk()
root.geometry("2366x720")
mouseY, mouseX = 0,0
Objectx, Objecty, Objectxvel, Objectyvel, ObjectMass, ObjectR = [],[],[],[],[],[]
for i in range(3): # numero objetos
Objectx.append(random.randint(100,1000))
Objecty.append(random.randint(100,700))
Objectxvel.append(0)
Objectyvel.append(0)
ObjectMass.append(random.randint(500,20000))
ObjectR.append(ObjectMass[i]**0.3333333)
canvas=Canvas(root, bg="white")
canvas.pack(fill="both", expand=True)
def mousePos(event):
global mouseX; global mouseY
mouseX,mouseY = event.x, event.y
root.bind("<Motion>", mousePos)
mouseMass=00000 # masa del circulo rojo. No es importante pero se puede cambiar por diversion
G = 6.67428e-7 # Valor original era e-11
while True:
canvas.delete("all")
for Num in range(len(Objectx)):
# Eliminada la parte de interacción con el ratón-sol
for Num2 in range(len(Objectx)):
if Num2 == Num: # Saltarse la interacción consigo mismo
continue
angle = math.atan2(Objecty[Num2]-Objecty[Num], Objectx[Num2]-Objectx[Num])
distance = math.sqrt( ((Objectx[Num]-Objectx[Num2])**2) + ((Objecty[Num]-Objecty[Num2])**2) )
try:
Objectxvel[Num] += math.cos(angle) * G * ObjectMass[Num] * ObjectMass[Num2] / (distance ** 2)
Objectyvel[Num] += math.sin(angle) * G * ObjectMass[Num] * ObjectMass[Num2] / (distance ** 2)
except:
pass
Objectx[Num] += Objectxvel[Num]
Objecty[Num] += Objectyvel[Num]
sc = 100 # Escala para el "vector velocidad"
x, y, r, vx, vy = Objectx[Num], Objecty[Num], ObjectR[Num]//2, Objectxvel[Num], Objectyvel[Num]
canvas.create_oval(x+r, y+r, x-r, y-r, fill="black")
canvas.create_line(x, y, x+sc*vx, y+sc*vy, arrow=LAST)
oval1=canvas.create_oval(mouseX+15, mouseY+15, mouseX-15, mouseY-15, fill="red", width=0)
root.update()
La animación resultante es ahora:

(he resuelto el problema del "rastro" que dejaban quitando la opción width=0
de create_oval()
)
if distance < 20:
?, lo mismo parafor Num2 in range(len(Objectx)):