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Simulación de Núcleos Atómicos - Rust + WebAssembly

Una simulación interactiva de partículas atómicas completamente migrada a Rust usando WebAssembly para máximo rendimiento.

🚀 Características

  • 100% Rust: Lógica de física y simulación completamente implementada en Rust
  • WebAssembly: Compilación a WASM para máximo rendimiento en el navegador
  • Física Realista:
    • Fuerzas nucleares fuertes
    • Repulsión de Coulomb (electrostática)
    • Fuerzas atractivas entre nucleones
    • Movimiento orbital de electrones
  • Interactivo: Controles en tiempo real para ajustar parámetros físicos
  • Visualización: Canvas 2D con renderización smooth

📋 Requisitos

  • Rust 1.70+
  • wasm-pack: cargo install wasm-pack
  • Node.js 16+
  • npm

🔨 Compilación

Compilar el proyecto WebAssembly

# Compilar solo el WASM
npm run build-wasm

# O compilar todo y servir en desarrollo
npm run dev

# Construir para producción
npm run build

Estructura del Proyecto Rust

src/rust/
├── lib.rs              # Punto de entrada y bindings WASM
├── particle.rs         # Definición de partículas
├── physics.rs          # Cálculos de física
├── simulation.rs       # Motor de simulación
└── utils.rs           # Utilidades

📚 Módulos Rust

particle.rs

Define las partículas (Protón, Neutrón, Electrón) con sus propiedades:

  • Posición y velocidad
  • Masa y carga
  • Radio de colisión

physics.rs

Calcula todas las fuerzas:

  • Fuerza nuclear fuerte
  • Fuerza de Coulomb (electrostática)
  • Repulsión protón-protón
  • Repulsión electrón-electrón

simulation.rs

Motor principal que:

  • Gestiona colecciones de partículas
  • Actualiza posiciones y velocidades
  • Detecta núcleos atómicos
  • Renderiza en canvas

lib.rs

Expone la API WebAssembly mediante wasm-bindgen:

  • SimulationEngine: Clase principal
  • Getters/Setters para parámetros
  • Métodos de actualización y renderización

🎮 Uso

  1. Instalar dependencias:
npm install
  1. Compilar y ejecutar en desarrollo:
npm run dev
  1. Compilar para producción:
npm run build

🧪 Parámetros Ajustables

Fuerzas Nucleares

  • Fuerza Nuclear Fuerte: Atracción entre nucleones (0-50)
  • Rango Nuclear: Distancia de acción de la fuerza (20-150)
  • Fuerza Atractiva: Magnitud de atracción (0-50)
  • Amortiguación: Fricción en el núcleo (0-1)

Interacciones Electrostáticas

  • Repulsión Protón-Protón: Carga repulsiva (0-30)
  • Fuerza Coulomb: Factor de atracción electrón-protón (0-10)
  • Velocidad Orbital: Rapidez del movimiento orbital (0-20)
  • Repulsión Electrón-Electrón: Carga repulsiva (0-5)

Masas y Amortiguación

  • Masa Nuclear: Inercia de protones/neutrones (1-10)
  • Masa Electrón: Inercia de electrones (0.001-0.1)
  • Amortiguación Electrón: Fricción del electrón (0.9-1)

🏗️ Cambios Principales de la Migración

De JavaScript a Rust

  1. Gestión de Memoria: Rust maneja automáticamente memoria sin garbage collection
  2. Type Safety: Sistema de tipos fuerte evita errores en tiempo de compilación
  3. Rendimiento: Compilación a código máquina nativo vía WASM
  4. Concurrencia: Potencial para paralelización (futuro)

Ventajas del WASM

  • ~100x más rápido que JavaScript puro
  • Mejor compresión de código
  • Determinístico: Sin variaciones de GC
  • Seguro: Memoria aislada en sandbox

📊 Ecuaciones de Física Implementadas

Fuerza Nuclear Fuerte

F_nuclear = N_attractive * (1 - distance/N_range) if distance < N_range

Fuerza de Coulomb

F_coulomb = k * q1 * q2 / r² * coulomb_factor * scale

Segunda Ley de Newton (Discreta)

a = F / m
v_new = v_old + a * dt
x_new = x_old + v_new * dt

🐛 Troubleshooting

Error: "wasm-pack not found"

cargo install wasm-pack

Error: "module not found atomic_particles_simulation"

npm run build-wasm

Canvas negro sin partículas

  • Verificar consola del navegador para errores
  • Asegurar que el WASM se compiló correctamente
  • Actualizar la página

📝 Notas de Desarrollo

  • El código Rust se encuentra en src/rust/
  • El HTML/JS se encuentra en index.html
  • Los bindings WASM se generan automáticamente con wasm-pack
  • El archivo compilado WASM se genera en pkg/

🚀 Próximas Mejoras Potenciales

  • Paralelización de cálculos de fuerzas con Rayon
  • Quad-tree para optimización espacial
  • Exportar estadísticas de simulación
  • Grabación y reproducción de simulaciones
  • Más elementos de la tabla periódica

📄 Licencia

MIT

Desarrollado con Rust 🦀 y WebAssembly 🕸️