… И снова про метод оптического пинцета, как способ измерения даже не нано, а фемтосиловых взаимодействий. В дистиллированной деионизованной воде (динамическая вязкость η=0.001 Па∙с) плавают полимерные сферические микрочастицы радиуса R = 1 мкм. Жидкость с частицами помещена в зазор между двумя параллельными электродами, расположенными на расстоянии D = 1 мм, к которым приложено напряжение U = 1 кВ (см. рисунок)
Одна из частиц захвачена в оптическую ловушку. Смещения частиц с высокой (10 кГц) частотой регистрируются с помощью четырехсекционного (квадрантного фотодиода). (Такой метод является общепринятым при работе с оптическими пинцетами.) Сначала проводилась калибровка оптической ловушки при выключенном электрическом поле. Жесткость оптической ловушки составила 10 пН/мкм.
Оценить дисперсию смещений захваченной частицы при условии, что эксперимент проводился при комнатной температуре. (3 балла)
Затем включают постоянное поле, приложенное к электродам и регистрируют среднее смещение частицы с интервалом усреднения в 1 секунду. В ходе измерений получена зависимость этого значения от времени, представленная на графике (напряжение между электродами оставалось неизменным):
Определить заряд частицы в различные промежутки времени. (5 баллов) Чему равно (из данного эксперимента) минимальное изменение заряда? (2 балла) Чему соответствует такое изменение заряда? (1 балл)
Попробуйте придумать какое-либо применение описанного эффекта. (2 балла)
Условия задачи можно скачать в виде файла.