Izbrane teme sodobne fizike in matematike
V članku je predstavljeno zvijanje filamentov in polimerov v viskozni tekočini. Osredotoča se na model elastične palice oziroma polimera, ki mu na enem koncu vsiljujemo vrtenje okrog njegove osi, na drugem koncu pa je prost. Najprej so definirani karakteristični časi in dolžine, ki nam povejo nekaj osnovih informacij o tem pojavu. V nadaljevanju so s pomočjo principa virtualnega dela izpeljane enačbe za silo in navor, ki delujeta na elastično palico, ki je torzijsko in upogibno obremenjena. Nato so izpeljane enačbe gibanja za takšno palico, ki se giblje v viskozni tekočini. Iz enačb gibanja je določena kritična frekvenca pri kateri nastopi nestabilnost in vrtenje palice okrog njene osi preide v zvijanje. Nato so predstavljeni še rezultati numeričnih simulacij, ki razkrijejo, da pri frekvencah višjih od kritične obstaja še drugo stabilno stanje zvijanja palice in da je kritična frekvenca odvisna od začetnega upogiba palice. Na koncu je predstavljen eksperiment, pri katerem so opazovali gibanje morskih bakterij z bičkom, pri katerih je nestabilnost bička vzrok za spremembe smeri.
This article deals with twist dynamics of rotationally driven semi flexible polymers and filaments in a viscous fluid. The core of this article is a simple model that consist of uniform elastic rod that is forced to axially rotate about one fixed end and is free at the other end. At the beginning characteristic times and lengths for such motion are estimated. Through the principle of virtual work the derivation of equations for force and torque acting on such rod is explained. The meaning of equations of motion is examined and the critical frequency where twirling-whirling transition occurs is determined. Characteristic of motion after transition are presented with the help of numerical simulation results. To stress the importance of such dynamics an experiment that deals with motion of bacteria who change direction due to the instability of their flagella is reviewed.