各向异性流体中游泳的 Scallop 定理
软凝聚态物质
2025-09-29 v1
摘要
在各向同性流体如水中，微米尺度的游泳者已进化出能够实现游泳的划水姿态。正如普尔切普在其Scallop 定理中所述，倒位姿态（如蛤蜊的动作）在无惯性作用下无法驱动游泳，这在微米尺度通常是典型情况。因此，微泳者进化出复杂的结构，以执行非倒位划水姿态或身体位移以产生运动。结构流体中的微泳者动力学与各向同性流体中的动力学根本不同，原因在于其固有的非对称性。细长成分的取向以及微泳者附近自发形成的拓扑缺陷提供了即使在平衡状态下的破对称性。这足以动态扰动最简单的各向同性游泳者以产生推进力。我们将对磁力旋转的 colloids 实验与解析非平衡解相结合，构建微泳者在液晶中的推进策略，确定游泳速度如何取决于旋转速率、材料参数和作用方式。例如，我们发现微尺度球形 colloids 在持续旋转和逆向作用下能够有效游泳。因此，在各向同性流体中无效的划水姿态在液晶中非常有效。鉴于这些观察，Scallop 定理被扩展到结构流体。
关键词
引用
@article{arxiv.2509.22249,
title = {Scallop Theorem for Swimming in Anisotropic Fluids},
author = {Mojtaba Rajabi and Enej Caf and Qi Xing Zhang and Stephen A. Crane and Miha Ravnik and Gareth P. Alexander and Žiga Kos and Kathleen J. Stebe},
journal= {arXiv preprint arXiv:2509.22249},
year = {2025}
}