由表面张力驱动的源粒子与惰性粒子的配对诱导运动

我们通过实验与理论研究所谓源粒子与惰性粒子成对、并通过浓度场相互作用的系统。实验系统由作为源粒子的樟脑圆盘和作为惰性粒子的金属垫圈组成。二者漂浮在不同浓度的红色水溶液上,其中甘油调节水相的粘度。由于吸引性横向毛细力,粒子形成一对。当樟脑圆盘在水面铺展表面活性分子时,樟脑圆盘与金属垫圈在表面张力梯度驱动下共同运动。垫圈位于樟脑圆盘前方,运动过程中保持间距恒定,我们称之为配对诱导运动。随着水相中甘油浓度改变,配对诱导运动在圆周运动与直线运动之间发生转变。采用考虑表面张力梯度与横向毛细相互作用所致力的模型进行的数值计算,重现了所观察到的配对诱导运动转变。此外,该转变与对约化动力学系统(由关于粒子速度的展开获得)的线性稳定性分析结果一致。我们的结果表明,为描述通过浓度场的相互作用,粒子速度的影响不可忽略。