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Como representar a soma de vetores 2D no Matplotlib do Python usando a função arrow()

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Nesta dica mostrarei como podemos tirar proveito da função arrow() do Matplotlib do Python para representar a soma de vetores.

A soma (ou adição) de dois vetores é feita de acordo com a lei do paralelogramo, na qual, geometricamente, partindo-se do ponto final do vetor u, desenha-se um vetor v2 paralelo ao vetor v. Então, partindo do vetor v, desenha-se um vetor u2 paralelo ao vetor u. Esses quatro vetores formam um paralelogramo. O vetor u + v é a diagonal desse paralelogramo.

Em coordenadas cartesianas a soma de vetores é feita simplesmente somando-se os respectivos componentes de cada vetor (no R2 ou R3).

Obtém-se a soma entre dois vetores, no R2 ou R3, por meio da fórmula a seguir (assumindo dois vetores __$\vec{u} = (a, b)__$ e __$\vec{v} = (c, d)__$ no R2).

\[\vec{u} + \vec{v} = (a + c, b + d) \]

Veja, no gráfico abaixo, o resultado da execução do código Python que faremos para somar os vetores (4, 2) e (-5, 7):



Veja o código completo para o exemplo:

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Se precisar de ajuda com o código abaixo, pode me chamar
no WhatsApp +55 (62) 98553-6711 (Osmar)
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# importamos a biblioteca Matplotlib
import matplotlib.pyplot as plt
 
def main():
  # definimos o título para a área de plotagem
  plt.title("Uso da função arrow() para plotar vetores no R2")
 
  # vamos exibir o grid da área de plotagem
  plt.grid(True)
 
  # vamos desenhar dois vetores, começando da origem (0, 0)
  u = (4, 2)
  v = (-5, 7)
  # e agora obtemos a soma deles
  soma = (u[0] + v[0], u[1] + v[1])  
  
  # vetor u
  plt.arrow(x=0, y=0, dx=u[0], dy=u[1], linewidth=1, color='red', head_length=.3,
    head_width=.3)
  # vetor v
  plt.arrow(x=0, y=0, dx=v[0], dy=v[1], linewidth=1, color='blue', head_length=.3,
    head_width=.3)   
  # vetor soma
  plt.arrow(x=0, y=0, dx=soma[0], dy=soma[1], linewidth=1, color='green', head_length=.3,
    head_width=.3)

  # finalmente exibimos o resultado
  plt.show()

if __name__== "__main__":
  main()

Na figura eu pintei o vetor u de vermelho, o vetor v de azul e o vetor soma foi pintado de verde.

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Python ::: Fundamentos da Linguagem ::: Métodos, Procedimentos e Funções

Como usar os argumentos padrões das funções e métodos em Python

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Geralmente quando efetuamos chamadas às funções, nosso código fica responsável por fornecer os valores para os argumentos da função. Em Python é possível termos argumentos padrões, e tais argumentos já podem ter um valor pré-definido. Desta forma, a passagem dos parâmetros se torna opcional. Veja um exemplo:

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# função com argumento padrão
def erro(msg = "Houve um erro."):
  print(msg)

def main():
  # chamada à função fornecendo o argumento
  erro("Erro desconhecido.")

  # chamada à função sem fornecer o argumento
  erro()  
 
if __name__== "__main__":
  main()

Ao executarmos este exemplo nós teremos o seguinte resultado:

Erro desconhecido.
Houve um erro.

Veja mais um exemplo:

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Se precisar de ajuda com o código abaixo, pode me chamar
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# função com argumentos padrões
def volume(comprimento = 1, largura = 1, altura = 1):
  return (comprimento * largura * altura)

def main():
  # chamada à função fornecendo um argumento
  print(volume(3))

  # chamada à função fornecendo dois argumentos
  print(volume(4, 5))

  # chamada à função fornecendo três argumentos
  print(volume(4, 5, 7))

  # chamada à função fornecendo nenhum argumento
  print(volume())    
 
if __name__== "__main__":
  main()

Ao executarmos este exemplo nós teremos o seguinte resultado:

3
20
140
1

É importante observar que os argumentos padrões devem estar sempre à direita dos demais argumentos. Falhar em cumprir esta exigência pode causar um erro do tipo:

SyntaxError: non-default argument follows default argument



Python ::: Desafios e Lista de Exercícios Resolvidos ::: Fenômenos dos Transportes, Hidráulica e Drenagem

Exercício Resolvido de Python - Determine a vazão escoada em um canal com seção retangular, com lâmina d´água de 2,00m e largura de base igual a 3,00m e declividade 0,2m por Km

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Exercício Resolvido de Python - Determine a vazão escoada em um canal com seção retangular, com lâmina d'água de 2,00m e largura de base igual a 3,00m e declividade 0,2m por Km

Pergunta/Tarefa:

Python para Fenômenos dos Transportes, Hidráulica e Drenagem. Python para cálculo de vazão em condutos livres. Fórmula de Manning para a velocidade de escoamento.

Neste exercício em Python veremos como calcular a vazão de um canal com seção retangular. Para isso nós vamos usar a Equação de Manning da velocidade do escoamento.

Determine a vazão escoada em um canal com seção retangular, com lâmina d'água de 2,00m e largura de base igual a 3,00m e declividade 0,2m por Km. Utilize η=0,012.



Sua saída deverá ser parecida com:

Informe a Largura da Base do Canal (em metros): 3
Informe a Profundidade do Escoamento (em metros): 2
Informe a Declividade do Canal (em metros por km): 0.2
Informe o Coeficiente de Rugosidade do Canal: 0.012

A Área Molhada do Canal é: 6.0 m2
O Perímetro Molhado do Canal é: 7.0 m
O Raio Hidráulico do Canal é: 0.8571428571428571 m
A Velocidade do Escoamento é: 1.0634144533132281 m/s
A Vazão do Canal é: 6.380486719879369 m3/s
Resposta/Solução:

Veja a resolução completa para o exercício em Python, comentada linha a linha:

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# vamos importar o módulo Math
import math

# método principal
def main():
  # vamos ler a largura do canal em metros
  b = float(input("Informe a Largura da Base do Canal (em metros): "))

  # vamos ler a profundida do escoamento em metros
  h = float(input("Informe a Profundidade do Escoamento (em metros): "))
  
  # vamos obter a declividade do canal em metros por quilômetros
  I = float(input("Informe a Declividade do Canal (em metros por km): "))
  # vamos converter a declividade em metro por metro
  I = I / 1000.0

  # vamos ler o coeficiente de rugosidade do canal
  n = float(input("Informe o Coeficiente de Rugosidade do Canal: "))

  # vamos calcular a área molhada
  am = b * h

  #  agora vamos calcular o perímetro molhado
  pm = b + 2 * h

  # finalmente calculamos o raio hidráulico
  rh = am / pm

  # agora vamos usar a equação de manning para calcular a velocidade do escoamento
  v = math.pow(rh, 2.0 / 3.0) * (math.sqrt(I) / n)

  # finalmente calculamos a vazão do canal
  Q = am * v

  # e mostramos os resultados
  print("\nA Área Molhada do Canal é: {0} m2".format(am))
  print("O Perímetro Molhado do Canal é: {0} m".format(pm))
  print("O Raio Hidráulico do Canal é: {0} m".format(rh))
  print("A Velocidade do Escoamento é: {0} m/s".format(v))
  print("A Vazão do Canal é: {0} m3/s".format(Q))

if __name__== "__main__":
  main()



Python ::: Dicas & Truques ::: Lista (List)

Vetores e matrizes em Python - Como inserir itens em posições aleatórias de uma lista

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Este exemplo mostra como adicionar itens em posições aleatórias de uma lista Python. Note como usamos o método insert() da classe List passando um valor randômico para o índice no qual o novo elemento será inserido.

Veja o código completo para a dica:

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# vamos importar o módulo random
import random

def main():
  # cria uma lista vazia
  valores = []
 
  # início do laço for
  for i in range(1, 11):
    valor = int(input("Informe um inteiro: "))
   
    if(len(valores) == 0):
      valores.insert(0, valor)
    else:
      # insere o valor em um posição aleatória
      valores.insert(random.randrange(0, 
        len(valores)), valor)
 
    # exibe os valores da lista
    print("Valores na lista:", valores, "\n")
    # fim do laço for

if __name__== "__main__":
  main()

Ao executarmos este código Python nós teremos o seguinte resultado:

Informe um inteiro: 9
Valores na lista: [9]

Informe um inteiro: 3
Valores na lista: [3, 9]

Informe um inteiro: 2
Valores na lista: [2, 3, 9]

Informe um inteiro: 8
Valores na lista: [2, 3, 8, 9]

Informe um inteiro: 10
Valores na lista: [10, 2, 3, 8, 9]

Informe um inteiro: 18
Valores na lista: [18, 10, 2, 3, 8, 9]

Informe um inteiro: 30
Valores na lista: [18, 10, 30, 2, 3, 8, 9]

Informe um inteiro: 60
Valores na lista: [18, 10, 30, 2, 3, 8, 60, 9]

Informe um inteiro: 67
Valores na lista: [18, 10, 67, 30, 2, 3, 8, 60, 9]

Informe um inteiro: 82
Valores na lista: [18, 10, 67, 30, 2, 3, 8, 82, 60, 9]


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