自驱动杆和游动鞭毛的集群行为
生物物理
2010-09-28 v1 软凝聚态物质
摘要
自驱动粒子系统以其聚集和展现集群行为的趋势而闻名。我们研究了两个模型系统：通过体积排斥相互作用的自驱动杆，以及嵌入在具有流体动力学相互作用的流体中的正弦摆动鞭毛。在鞭毛系统中，摆动频率呈高斯分布，且平均值非零。这些系统分别通过布朗动力学模拟和介观流体动力学模拟进行研究。分析了当粒子密度以及环境或内部噪声变化时的聚集行为。通过区分三种类型的团簇尺寸概率密度函数，我们获得了不同集群行为的相图。分析了团簇的性质，例如其构型、寿命和平均尺寸。我们发现，这两个系统的集群行为非常相似，其特征是几个有效的幂律关系。然而，更仔细的分析揭示了一些差异。自驱动杆的团簇是由于部分受阻的前向运动而形成的，因此通常呈楔形。在较高的杆密度和低噪声下，会出现一个巨大的可移动团簇，其中大多数杆主要朝向中心。相比之下，鞭毛在流体动力学上同步并相互吸引；因此它们的团簇更加细长。此外，鞭毛团簇的寿命随团簇尺寸的衰减比杆团簇更快。
引用
@article{arxiv.1008.5309,
title = {Swarm behavior of self-propelled rods and swimming flagella},
author = {Yingzi Yang and Vincent Marceau and Gerhard Gompper},
journal= {arXiv preprint arXiv:1008.5309},
year = {2010}
}