Dinámica e interacciones hidrodinámicas de un nadador simple a bajo número de Reynolds

I. BERDAKIN; ADOLFO J. BANCHIO; V. I. MARCONI

Bahia Blanca

Congreso; 4° Congreso Argentino de Materia Blanda, MAB; 2012; 2012

Universidad Nacional del Sur

Los microorganismos desarrollan un rol fundamental en una enorme variedad de sistemas naturales y artificiales, desde la regulación del nivel de CO2 atmosférico hasta su utilización en las industrias químicas y de alimentos. Investigaciones recientes han puesto de manifiesto la aparición de modos colectivos de movimiento cuando la densidad de células en la suspensión es suficientemente grande. El orden del sistema en este estado de alta concentración tiene implicancias biológicas y físicas, afecgtando por ejemplo las propiedades reológicas de la suspensión. Una pregunta aún abierta es si las interacciones hidrodinámicas entre los micronadadores son suficientes para explicar este fenómeno o es necesario tener también en cuenta otros elementos, como la capacidad de las células de seguir gradientes químicos. En este trabajo empleamos Stokesian Dynamics para simular la eficiencia de un nadador simplificado, compuesto por tres esferas que cambian sus posiciones relativas en un ciclo repetitivo. Este modelo presenta la ventaja de producir un campo de velocidades en el fluido dependiente del tiempo y por su simplicidad permite comparar los resultados numéricos con resultados analíticos aproximados. Luego de estudiar en detalle las propiedades dinámicas de un único nadador, inverstgamos la interacción entre dos nadadores del mismo tipo. El método numérico elegido provée una descripción completa de la hidrodinámica, por lo que se predice una velocidad menor y una potencia disipada mahyor a las encontradas analíticamente cuando la compresión de las esferas que forman al nadador es grande. Analizando el movimiento de dos nadadores que se mueven cerca uno del otro encontramos que sus trayectorias dependen de uss posiciones inciales, resultado diferente al que se obtiene empleando interacciones que no dependen del teimpo ya que en tal caso estas son siempre atractivas o siempre repulsivas.