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旋转弹性杆中扭转传输的几何结构。

Geometry of twist transport in a rotating elastic rod.

作者信息

Wada Hirofumi

机构信息

Yukawa Institute for Theoretical Physics, Kyoto University, Sakyo, 606-8502 Kyoto, Japan.

出版信息

Phys Rev E Stat Nonlin Soft Matter Phys. 2011 Oct;84(4 Pt 1):042901. doi: 10.1103/PhysRevE.84.042901. Epub 2011 Oct 13.

DOI:10.1103/PhysRevE.84.042901
PMID:22181209
Abstract

An elastic rod rotating in a viscous fluid undergoes a shape transition from a twirling (axial spinning) to a whirling state (crankshafting motion) at a certain critical frequency [Wolgemuth et al., Phys. Rev. Lett. 84, 1623 (2000)]. The physical properties of such whirling rods are largely unknown, owing to their strongly nonlinear character. We analytically and numerically demonstrate that this dynamical transition occurs to reduce the viscous energy dissipation. A simple geometric interpretation underlying this observation is also given. These results provide a fundamental scenario for viscous twist transport in flexible filaments and are potentially important in the analysis of biopolymer dynamics such as DNA supercoiling during transcriptions.

摘要

一根在粘性流体中旋转的弹性杆,在某个临界频率下会经历从缠绕(轴向旋转)到回旋状态(曲轴运动)的形状转变[沃尔格穆特等人,《物理评论快报》84, 1623 (2000)]。由于其强烈的非线性特性,这种回旋杆的物理性质在很大程度上尚不为人所知。我们通过分析和数值计算证明,这种动力学转变的发生是为了减少粘性能量耗散。我们还给出了这一观察结果背后的一个简单几何解释。这些结果为柔性细丝中的粘性扭转传输提供了一个基本场景,并且在分析生物聚合物动力学(如转录过程中的DNA超螺旋)方面可能具有重要意义。

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Geometry of twist transport in a rotating elastic rod.旋转弹性杆中扭转传输的几何结构。
Phys Rev E Stat Nonlin Soft Matter Phys. 2011 Oct;84(4 Pt 1):042901. doi: 10.1103/PhysRevE.84.042901. Epub 2011 Oct 13.
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引用本文的文献

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