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lorenzo.zolfanelli93 4 years ago
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@ -167,15 +167,57 @@ tra \SIlist{1;2}{\nm}.
Dove $\gamma$ è il coefficiente di attrito idrodinamico della
microsfera.
Quando la microsfera è soggetta ad una forza esterna $\vec{F}$, ad
esempio dovuta alle tensione di una biomolecola legata ad essa,
la sua equazione di moto nella trappola sarà data da:
Nel caso più generele la microsfera sarà inoltre soggetta a una
sforza stocastica ($\eta(t)$), dovuta agli urti con il fluido, e
a una forza esterna $\vec{F}$, ad esempio dovuta alle tensione di una
biomolecola legata ad essa.
Possiamo quindi scrivere la forma più generale dell'equazione di moto
come:
\begin{equation}
m \ddot{\vec{x}} = \vec{F} + \vec{F}_{visc} + \vec{F}_{trap} =
\vec{F} - \mathbf{\eta}(t) - \gamma \dot{\vec{x}} - \vec{x}
\label{eq:bead_motion}
\underbrace{m \ddot{\vec{x}}}_\text{inerzia} =
\underbrace{\vec{F}}_\text{f. esterna}
+ \underbrace{\mathbf{\eta}(t)}_\text{f. stoc.}
- \underbrace{\gamma \dot{\vec{x}}}_\text{attrito}
- \underbrace{k \vec{x}}_\text{richiamo}
\end{equation}
La forza stocastica $\eta(t)$ ha media nulla
($\langle\eta(t)\rangle_t = 0$)
e viene assunta con distribuzione di probabilità gaussiana con
$\sigma^2 = 2 k_B T \gamma$.
In condizioni di equilibrio la posizione media della microsfera
sarà quindi:
\begin{equation}
\vec{x_0} = \langle \vec{x(t)} \rangle_t = - \frac{\vec{F}}{k}
\end{equation}
E la deviazione standard delle fluttuazioni rispetto alla posizione
di equilibrio può essere determinata usando il teorema di
equipartizione dell'energia:
\begin{multline}
\langle U(x) \rangle = \frac{1}{2} k \langle (x-x_0)^2 \rangle
= \frac{1}{2} k_B T
\\ \Longrightarrow
\langle (x-x_0)^2 \rangle
= \langle x^2 \rangle - \langle x \rangle^2
= \sigma_x^2 = k_B T / k
\end{multline}
Oltre alla conoscenza di $k$ un altro valore importante da stimare
è il tempo di rilassamento $\tau$ del sistema, ovvero la scala
temporale nella quale la microsfera si stabilizza nella nuova
posizione di equilibrio a seguito di una variazione della forza $F$.
Questo tempo è strettamente legato allo smorzamento dovuto all'attrito
idrodinamico.
Osservando l'equazione di moto \ref{eq:bead_motion} possiamo
descrivere la dinamica della sfera in due regimi estremi:
il regime \textit{balistico}, quando il moto è dominato dalla
componente inerziale


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