PofoliaPofolia ile paylaşıldı

Proceedings of the National Academy of Sciences· 2012Q1

Canlı akışkanlarda mezo-ölçekli türbülans

Meso-scale turbulence in living fluids

H. H. Wensink, Jörn Dunkel, Sebastian Heidenreich, Knut Drescher ve diğerleri

Kısa özet

Araştırmacılar, yoğun bakteri süspansiyonlarındaki mezo-ölçekli türbülansı karakterize etmek için deneyleri, simülasyonları ve teoriyi birleştirerek, kolektif hareketin kısa menzilli etkileşimlerle domine edildiğini buldular ve temel deneysel özellikleri yeniden üreten minimal bir sürekli model önerdiler.

Yapay zekâ ile başlık ve abstract'tan üretildi; tam metin okunmaz.

Ana noktalar

  • Yoğun bakteri süspansiyonlarındaki mezo-ölçekli türbülans, deneyler, simülasyonlar ve sürekli teori kullanılarak incelenmiştir.
  • Enerji spektrumları ve yapı fonksiyonları, yüksek konsantrasyonlarda kolektif hareketin kısa menzilli etkileşimlerle domine edildiğini ortaya koymaktadır.
  • Sıkıştırılamaz bakteri akışı için minimal bir sürekli model önerilmiş ve 2B'deki deneysel gözlemlere karşı sayısal olarak analiz edilmiştir.
  • Bulgular, canlı maddelerdeki türbülans fazlarında evrensellik olduğunu düşündürmekte ve gelecekteki teorik çalışmalar için bir temel sunmaktadır.

Yapay zekâ ile başlık ve abstract'tan üretildi; tam metin okunmaz.

Özet (abstract)

Turbulence is ubiquitous, from oceanic currents to small-scale biological and quantum systems. Self-sustained turbulent motion in microbial suspensions presents an intriguing example of collective dynamical behavior among the simplest forms of life and is important for fluid mixing and molecular transport on the microscale. The mathematical characterization of turbulence phenomena in active nonequilibrium fluids proves even more difficult than for conventional liquids or gases. It is not known which features of turbulent phases in living matter are universal or system-specific or which generalizations of the Navier-Stokes equations are able to describe them adequately. Here, we combine experiments, particle simulations, and continuum theory to identify the statistical properties of self-sustained meso-scale turbulence in active systems. To study how dimensionality and boundary conditions affect collective bacterial dynamics, we measured energy spectra and structure functions in dense Bacillus subtilis suspensions in quasi-2D and 3D geometries. Our experimental results for the bacterial flow statistics agree well with predictions from a minimal model for self-propelled rods, suggesting that at high concentrations the collective motion of the bacteria is dominated by short-range interactions. To provide a basis for future theoretical studies, we propose a minimal continuum model for incompressible bacterial flow. A detailed numerical analysis of the 2D case shows that this theory can reproduce many of the experimentally observed features of self-sustained active turbulence.

Yazarların özeti; kaynağından alınmıştır. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2012 · DOI ↗

ÇıkarımlarPremium
Makaleye SorÜcretsiz hesapla

Ücretsiz hesapla devam et

Makaleye Sor ile bu makaleye günde 3 soru ücretsiz; makaleyi kaydet, kaynakçasını al, ilgi alanına göre her gün yeni özetler. Çıkarımlar Premium.

Web'de ücretsiz devam et

Google ya da Apple hesabınla giriş; kart istemez. Bu makaleye geri dönersin.

Telefonda:

Alan: Yoğun Madde Fiziği

Condensed Matter PhysicsPhysics and Astronomy