Когда речь идет о таких крошечных существах, как бактерии и сперматозоиды, движение становится совершенно новой проблемой. Эти крошечные организмы подвергаются воздействию относительно небольших инерционных сил по сравнению с вязкостными силами, возникающими из-за сопротивления окружающей жидкости. Другими словами, двигаться им тяжело. Теперь ученые решили подробнее изучить процесс самодвижения, чтобы, возможно, создать крошечные наноразмерные плавательные аппараты.
Ученые начинают исследования
Чтобы узнать больше о силах, действующих на наноуровне, исследователи сосредоточились на двух соединенных сферах разного радиуса, получивших название «гантель», которые вращаются в модельной жидкости. Ученые использовали компьютерное моделирование, чтобы изучить влияние инерционной силы малого масштаба на движение гантели. Затем они сравнили полученные результаты с результатами теоретических расчетов, описывающих движение.
Оказывается, эта гантель на самом деле не может двигаться сама по себе в чистой ньютоновской жидкости — модельной жидкости, вязкость которой не меняется в зависимости от скорости потока, — при отсутствии инерции. Это связано с тем, что если бы гантель, вращающаяся против часовой стрелки, двигалась вверх при отсутствии инерции, то при вращении по часовой стрелке она бы двигалась вниз. В этом случае толчок произойдет в том же направлении, а значит, гантель не сдвинется с места.
И это еще не все. Исследователи также обнаружили, что вращающаяся гантель движется за счет большой сферы, которая под действием инерционных сил в жидкости толкает вперед маленькую сферу в чистой вязкоупругой жидкости. Это значит, что ученые смогли определить идеальную геометрию гантели для самодвижущегося миниатюрного пловца.
Результаты полученные учеными
Полученные результаты могут помочь исследователям в разработке самоходных микро- и наноразмерных искусственных аппаратов для плавания. Эти аппараты, в свою очередь, можно будет использовать в медицине для лечения пациентов, воздействуя на определенные участки тела и обеспечивая более мобильную терапию.
Результаты исследования опубликованы в The European Physical Journal E.