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泳细菌可以降低普通液体如水的粘度并使它们更容易流动

游泳细菌可以降低普通液体(如水)的粘度,并使它们更容易流动,有时甚至降至粘度变为零的程度:这样流动就不会产生摩擦。

现在,布里斯托大学的研究人员报告说,细菌悬浮液可能具有负粘度,这是普通流体对物理定律严格禁止的特性,但是当存在活生物体时,才可以允许这种特性。

粘度是流体的流动阻力。例如,。对运动的这种抵抗是在微观层面上由流体分子之间的摩擦引起的。

直到最近,零粘度(也称为超流动性)仅在接近绝对零的非常低的温度下在量子系统中才能看到。但是几年前,细菌悬浮液的粘度为零。

这是可能的,因为细菌与水分子不同,它们是活的或“活跃的”。通过一起游泳,它们可以在流体中产生足够大的力以抵消摩擦,从而使细菌悬浮液表现为超流体。

布里斯托大学应用数学与理论物理研究助理Aurore Loisy博士说:“虽然已经通过实验观察到了这种现象,但仍缺少有关其工作原理的详细理论。”

“此外,一个基本问题仍然悬而未决:是否可以进一步推动这一现象,以使表观粘度变为负值,这意味着经过剪切​​的细菌液实际上可以起作用,而不需要对其进行保持流动的工作,这在被动或“常规”流体中这是不可能的?”

为了解开负粘度的概念,Loisy博士和理论物理学教授Tannie Liverpool和应用数学教授Jens Eggers共同研究了悬浮在液体中的微生物的自组织和集体运动如何改变其粘度。流体力学特性。

他们表明,从理论上讲,使细菌悬浮液表现为负粘度流体是可行的,并且可以通过操纵容器的大小来触发和控制这种行为。

“这向我们表明,微观的细菌活动可以转化为宏观的有用机械力。换句话说,有可能使细菌协同工作并利用它为更大的设备供电。” Loisy博士补充道。

“重要的是要注意,我们一无所获,因为我们还没有违反热力学定律。细菌通过游泳将摄取的营养转化为机械功,“细菌的食物”将成为推定机器的燃料(能量来源)。

“下一步是通过实验观察这种现象,例如将流变仪变成细菌驱动的旋转电机。”