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物理学 > 流体动力学

arXiv:2507.00247 (physics)
[提交于 2025年6月30日 ]

标题: 推进与波驱动界面粒子的相互作用

标题: Propulsion and interaction of wave-propelled interfacial particles

Authors:Daniel M. Harris, Jack-William Barotta
摘要: 当浮体内部或外部振动时,其自产生的波场可以在界面处导致稳定的推进。 在本文中,我们回顾了几个相关且最近发现的系统,这些系统利用这种推进机制,并通过这些表面波相互进行水动力学相互作用。 具有内置振荡驱动器的粒子可以通过前后不对称的波场实现自推进,这一现象在生物和人工系统中具有广泛的适用性。 在振动流体浴中的自由漂浮粒子也可以沿直线自推进,但可能也会原地旋转或沿曲线弧移动,这取决于粒子的不对称性和驱动参数。 这样的滑行粒子通过彼此的毛细波场远距离相互作用,并表现出丰富的集体动态行为。 总体而言,这些易于实现、可调节且视觉吸引力的系统激发了对未来一些基础流体力学中未解问题的研究,同时可能也有助于活性物质、水动力量子模拟和机器人技术领域的进步。
摘要: When a floating body is internally or externally vibrated, its self-generated wavefield can lead to steady propulsion along the interface. In this article, we review several related and recently discovered systems that leverage this propulsion mechanism and interact hydrodynamically with one another via these surface waves. Particles with an onboard oscillatory driver may self-propel by virtue of a fore-aft asymmetric wavefield, a phenomenon with demonstrated relevance to biological and artificial systems across scales. Freely floating particles on a vibrated fluid bath can also self-propel along straight paths, but may also rotate in place or move along curved arcs, depending sensitively on the particle asymmetries and driving parameters. Such surfing particles interact at a distance through their mutual capillary wavefield and exhibit a rich array of collective dynamics. Overall, these accessible, tunable, and visually appealing systems motivate future investigations into a number of outstanding questions in fundamental fluid mechanics, while potentially also informing advances in the fields of active matter, hydrodynamic quantum analogs, and robotics.
评论: 8张图表
主题: 流体动力学 (physics.flu-dyn)
引用方式: arXiv:2507.00247 [physics.flu-dyn]
  (或者 arXiv:2507.00247v1 [physics.flu-dyn] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2507.00247
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI(待注册)

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来自: Daniel Harris [查看电子邮件]
[v1] 星期一, 2025 年 6 月 30 日 20:31:56 UTC (28,133 KB)
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