«Наноракеты», «нанопловцы» и прочие самодвижущиеся частицы – одни из самых увлекательных жителей микро- и наномира. Рассмотрим в качестве такого «пловца» сферическую частицу - янус, состоящую из двух половинок: некаталитической и каталитической (частица диоксида кремния, полусфера которого покрыта платиной), помещенную в раствор пероксида водорода (рис. 1a).
Какие процессы при этом будут протекать на полусферах частицы? Запишите уравнение химической реакции (1 балл). Каким образом получают такие (и им подобные) бифункциональные частицы (рис. 1b)? (2 балла).
Пусть:
-
Ro – минимальный радиус пузырька выделяющегося газа на одной из полусфер, при котором начинается его дальнейший рост;
-
Rd – радиус пузырька, по достижении которого он может оторваться от поверхности;
-
Fdrive – движущая сила;
-
Fdrag – сила вязкостного сопротивления;
-
c – концентрация пероксида водорода;
-
νbub – скорость отрыва пузырька от поверхности и ее горизонтальная составляющая νo;
-
ν – скорость движения коллоидной частицы.
Используя данные параметры, а также введенные Вами дополнительные необходимые величины, выведите формулу, позволяющую рассчитать частоту вращения такой частицы; обоснуйте предложенную модель. Оцените, какие параметры и каким образом влияют на частоту вращения? (3 балла). Предположите, по какой траектории будут двигаться такие частицы, ответ обоснуйте (1 балл). Для чего могут быть использованы частицы – янусы (2 балла)?
Условия задачи можно скачать в виде файла.