许恙凑过去看了看他的演算过程,发现他在分解F?的径向分量时,角度算错了。
“你看,C点在质心的另一侧,所以F?与径向的夹角不是60度,而是120度,余弦值应该是-0.5,而不是0.5。”
他用红笔在错误的地方画了个圈,“上次你在做斜面上的受力分析时,也犯过类似的错误,记得要先确定力的方向和坐标系的夹角。”
陆近宇恍然大悟,拍了下自己的额头:
“我怎么又犯这种低级错误!”
他立刻改正过来,重新计算,这次终于得到了正确的结果,“算出来了!ω?? = G( + + )/a?,这个结果看起来还挺简洁的。”
“很好,这是初始的平衡状态。”
许恙点点头,“接下来就是分析微小扰动的情况。我们假设给A星一个微小的径向扰动,让它的距离从r?变成r? + δr,其中δr是一个很小的量,然后分析它的运动方程,看这个扰动会不会随着时间增大,如果会,系统就是不稳定的;如果不会,就是稳定的。”
这一步需要用到拉格朗日方程,陆近宇对此还不太熟悉,脸上露出了为难的神色。
“拉格朗日方程我只在课本上见过,从来没实际用过,感觉好复杂。”
他挠了挠头,“那个L = T - V,T是动能,V是势能,对吧?但三个星体的动能和势能加起来,表达式肯定很长。”
“别担心,我们可以先写出拉格朗日量的一般形式,再利用对称性简化。”
许恙在草稿纸上写下拉格朗日量的表达式,“T是三个星体动能的和,每个星体的动能是?? + ??θ??,因为是极坐标。V是三个星体之间的万有引力势能,V = -G/a - G/a - G/a,不过在扰动后,a会变成a + δa,所以需要把V在平衡位置展开,保留到δa的二次项。”
陆近宇认真地听着,时不时在错题本上做笔记。
许恙讲得很细致,从拉格朗日方程的推导过程,到如何处理小扰动,每一步都解释得清清楚楚,还时不时停下来问他是否理解。
陆近宇原本觉得晦涩难懂的知识点,在许恙的讲解下,竟然慢慢变得清晰起来。
不知不觉间,两个小时过去了,窗外的阳光已经升到了头顶,图书馆里的人也多了起来。
陆近宇终于在许恙的帮助下,写出了扰动后的运动微分方程。
“所以,只要这个方程的特征根是纯虚数,系统就是稳定的,对吗?”
他看着草稿纸上的最终结果,眼睛里充满了期待。
“没错。”
许恙笑着点头,“你看这个方程,δr的二阶导数加上一个正数乘以δr等于零,这是一个简谐运动的方程,解是周期性的,说明扰动不会无限增大,系统是稳定的。”
陆近宇兴奋地欢呼一声,差点从椅子上跳起来:“太好了!终于搞懂了!”
他看着草稿纸上密密麻麻的公式,又看了看许恙,脸上露出了感激的笑容,“许恙,真的太谢谢你了,如果不是你,我肯定还在对着这道题发呆。”
“不用谢。”
许恙看着他开心的样子,心里也暖暖的,“你自己也很努力,能跟上我的思路,还能提出问题,进步已经很大了。”
他顿了顿,从笔袋里拿出便利贴,画了个举着奖杯的小人,旁边写着“力学小能手陆近宇”,贴在他的草稿纸一角,“奖励你的,庆祝你攻克了这道难题。”
陆近宇看着便利贴上的小人,忍不住笑了起来,小心翼翼地把便利贴揭下来,贴在自己的错题本里,和之前那个草莓小人挨在一起。
“我要好好保存这个奖励,”他说,“以后遇到难题,就拿出来看看,给自己打气。”
就在这时,陆近宇突然一拍脑袋:
“哎呀!差点忘了正事!”
他从帆布包里掏出一个小小的密封袋,里面装着猫粮,“昨天我在图书馆后面的小花园看到一只橘猫,瘦得只剩下一把骨头,我就买了点猫粮,本来打算中午去喂它的,一做题就给忘了。”
许恙看着他手里的猫粮,忍不住笑了:“你还挺有爱心的。正好我们也复习了一上午,累了,去喂完猫再回来吃午饭吧?”
“好啊好啊!”
陆近宇立刻收拾好东西,拉着许恙的手腕就往外走,“它就躲在那个爬满蔷薇的篱笆后面,特别怕人,昨天我蹲了好久,它才肯出来吃一点东西。”
两人穿过图书馆的侧门,来到后面的小花园。
四月的花园里,月季和蔷薇开得正盛,粉色、红色、黄色的花朵爬满了篱笆,空气中弥漫着浓郁的花香。
阳光透过