import math
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
############### Voreinstellungen ###############
Erdbeschleunigung= 9.81		# Erdbeschleunigung in m/s^2
Meta=[]				# Liste in der die Berechneten Fallzeiten gespeichert werden
winkelliste=[]
Berechnungswinkel=0.05
while  Berechnungswinkel <= 1.51:
  winkelliste.append(format(Berechnungswinkel,'.3g'))
  Berechnungswinkel += 0.01
Winkelliste=list(map(float, winkelliste))

############### Nutzereingabe ###############
print("Bitte Stablänge in Metern angeben")
Stablänge = float(input("Stablänge:")) # Länge des Stabes in Metern
print("Bitte Zeitschritt in Sekunden angeben")
Zeitschritt =float(input("Zeitschritt:"))		# Zeitschritt in Sekunden
############### Berechnungen ###############
Tau= math.sqrt((2*Stablänge)/(3*Erdbeschleunigung)) # Berechnung von Tau
for Winkel in Winkelliste:
  listewes=[]
  Momentanwinkel=Winkel
  Momentangeschwindigkeit=0
  while Momentanwinkel <=math.pi/2 : #Berechnung der Winkel
    Beschleunigung= math.sin(Momentanwinkel)/(Tau**2)
    Geschwindigkeit= Momentangeschwindigkeit + Zeitschritt*Beschleunigung
    neuerwinkel= Momentanwinkel + Zeitschritt*Geschwindigkeit
    listewes.append(neuerwinkel)
    Momentanwinkel=neuerwinkel
    Momentangeschwindigkeit=Geschwindigkeit

  k=format((len(listewes))*Zeitschritt, '.3g') # Berechnung der Fallzeit t und Vermeidung des Floating Point Errors durch Signifikante Stellen
  Meta.append(k) #Einhängen der Fallzeiten in die Liste Meta
  
############### Ausgabe der Werte ####################   
data = np.array([np.array(Winkelliste).astype(np.float) , np.array(Meta).astype(np.float) ]).T #Umwandeln der Winkel und Fallzeiten in ein Array und Transponieren der Daten
datafile_path = 'fallzeiten'+'_'+str(Stablänge)+'_'+str(Zeitschritt)+'.txt'# Dateispeicherort
with open(datafile_path, 'w+') as datafile_id:
  np.savetxt(datafile_id, data, fmt=['%.2f','%.2f']) #Schreiben der Daten in Textdatei
    
############### Ploten der Werte ####################
xstart= 0
xend=  1.6
xticks= 0.05
ystart= 0
yend= 1.5
plt.figure(figsize=(20,10), dpi=100)
plt.grid(True,zorder=0)
plt.axis([xstart,xend,ystart,yend])
plt.title('Numerische Berechnung der Fallzeiten für verschiedene Startwinkel mit l='+str(Stablänge)+'m und'+' \u0394'+'t='+str(Zeitschritt)+'s')              # Titel des Plot
plt.xticks(np.arange(xstart,xend,xticks))
a=plt.scatter(Winkelliste,list(map(float, Meta)),zorder=3)
plt.legend([a],['Fallzeiten']) # legende
plt.xlabel('Startwinkel in Radiant')                              # x-axis label
plt.ylabel('Fallzeiten in S')                              # y-axis label
plt.savefig('graph'+'_'+str(Stablänge)+'_'+str(Zeitschritt)+'.png')       # Speichern des Plot als Png
plt.close