Hydrodynamické Brownovské motory

Perex
Třídit velmi malé částice rozptýlené v tekutině podle velikosti je velmi těžký úkol, kterým se zabývá - mimo jiné - mikrofluidika a nanofluidika. Malá pumpička pohání neustále tekutinu před a vzad. Když je tok tekutiny dostatečně rychlý, aby se uplatnily setrvačné síly a současně částice dostatečně malé, aby byly podrobeny Brownovu pohybu, dochází k rohatkovému jevu: částice se posouvají, zatímco tekutina v průměru setrvává na místě. Průměrnou rychlost částic jeme vypočetli analyticky.
Text
Mikropóry s periodicky proměnným průměrem mohou fungovat jako rohatka a usměrňovat proud částic rozptýlených v tekutině. Je-li tekutina s pomocí pumpičky poháněna střídavě jedním a druhým směrem, v průměru zůstává na místě. A přesto se částice, které se v ní vznášejí, pohybují v průměru jedním směrem, a to díky zrcadlově nesymetrickému profilu mikropóru. Tento jev byl již dříve pozorován experimentálně. V naší práci jsme vypočetli analyticky tok částic a ukázali jsme , že usměrnění pohybu částic je způsobeno souhrou inerciálních hydrodynamických efektů a Brownova pohybu částic. Průměrná rychlost velmi silně závisí na velikosti částic, což skýtá velké možnosti pro třídění částic o velikosti kolem jednoho mikronu i menších.
         
Levý panel: náčrt situace, kulová částice plovoucí v póru o proměnném průměru. Pravý panel: proudočáry popisující pohyb částic. Všimněte si "polovírů" poblíž stěny prubice. Ty jsou právě zodpovědné za efekt rohatky.
F. Slanina: Inertial hydrodynamic ratchet: Rectification of colloidal flow in tubes of variable diameter, Phys. Rev. E 94, 042610 (2016).