Reptação de um fio em uma cavidade bidimensional

Abstract

O termo reptação está associado ao tipo de movimento executado por répteis, especificamente as serpentes, sendo empregado para descrever a difusão de objetos com a topologia da linha. A reptação de um fio injetado numa cavidade é estudada através de medidas do deslocamento quadrático médio <r2> de um ponto do fio, em função do comprimento h injetado. A espessura do fio é z = 0,1 cm e, o ponto escolhido corresponde ao centro de massa em uma dimensão (CM1D), também denominado por ponto central topológico. A cavidade é circular com raio R = 10 cm e de espessura pouco maior que z, de forma a permitir a existência de apenas uma camada de fio na cavidade. O fio é injetado manualmente à velocidade uniforme, por dois canais dispostos em ângulo de 180°. Foram realizados experimentos com fios de cobre, Sn0,6Pb0,4 (solda elétrica), alumínio, latão, náilon e aço duro. As medidas mostram que <r2> (exceto para fios de náilon e aço duro) passa por um regime transiente no terço inicial do experimento, e por regime quase-estável no tempo restante, por conta do confinamento do CM1D. Inspirando-se no modelo de Flory para polímeros, desenvolvemos um modelo de campo médio onde o ponto central é descrito por uma partícula sujeita a dois potenciais que simulam interações de auto-exclusão, a influência da fronteira e as flutuações devido às propriedades mecânicas do fio e ao ruído inerente ao processo de empacotamento. A lei de escala r~h1/5 prevista pelo modelo, é avaliada com base nos resultados experimentais. Por fim, os resultados obtidos para o fio de solda indicam um comportamento intermediário entre as dinâmicas de reptação de Rouse e de de Gennes