Ученые разработали теоретическую модель течения активных жидкостей

Универсальные законы турбулентного поведения активных жидкостей выявили исследователи университета Барселоны (UB), 23 сентября сообщает журнал Physical Review X.

Определенные группы бактерий или клеточных тканей образуют системы, которые называются активными жидкостями. Они могут течь спонтанно, без принуждения извне, поскольку их компоненты способны генерировать силы и двигаться автономно. Когда их активность достаточно высока, спонтанные потоки становятся хаотичными, как при турбулентности обычных жидкостей.

Из-за их визуального сходства с обычной турбулентностью хаотические потоки в активных жидкостях были названы активной турбулентностью. Изучение этого явления имеет важное значение для проектирования наномоторов и может объяснить сложные потоки, наблюдаемые в живых системах.

По словам исследователей, результаты этой работы «актуальны, потому что они показывают, что потоки активной турбулентности, несмотря на то, что они хаотичны и очень сложны, могут быть описаны простыми и общими математическими законами».

Для экспериментов с активными жидкостями ученые взяли белки цитоскелета и ферменты, которые обеспечивают необходимую энергию для создания сил и спонтанного движения. Затем они поместили тонкий слой этой смеси между двумя пассивными жидкостями: водой и маслом.

Исследователи измерили активные потоки жидкости и экспериментально подтвердили существование двух режимов течения, которые они уже предсказали теоретически. Кроме того, эксперименты выявили новый режим, вызванный связью активного слоя с окружающими пассивными жидкостями.

Таким образом, в исследовании подчеркивается существенная роль пассивных жидкостей, окружающих активную систему. Чтобы объяснить эти результаты, исследователи сформулировали теоретическую основу, которая, учитывая влияние пассивных жидкостей, предсказывает законы, наблюдаемые в экспериментах.