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