diff --git a/chapters/3-methods.tex b/chapters/3-methods.tex index a0f8468..aee7bc5 100644 --- a/chapters/3-methods.tex +++ b/chapters/3-methods.tex @@ -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