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Tipo: Tese
Título: Channel instability in binary mixtures with differential diffusivity
Autor(es): Ramirez, Michael Torres
Orientador: Moreira, André Auto
Palavras-chave em português: Dinâmicas de ruptura;Matéria ativa
Palavras-chave em inglês: Rupture dynamics;Active matter
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA DA MATERIA CONDENSADA
Data do documento: 2025
Citação: RAMIREZ, M. T. Channel instability in binary mixtures with differential diffusivity. Tese (Doutorado em Física) - Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2025.
Resumo: A dinâmica de ruptura e os fenômenos de estrangulamento (pinch-off) são essenciais para a compreensão de instabilidades tanto em sistemas de dinâmica de fluidos quanto em sistemas biológicos. Nesta tese, estudo o comportamento de ruptura de estruturas bidimensionais semelhantes a canais, formadas em uma mistura binária de partículas com difusividades diferenciais. Utilizando simulações computacionais, exploro a evolução dessas instabilidades sob uma variedade de condições, com foco no papel de parâmetros-chave como a razão de aspecto, a densidade de partículas e o arrasto externo. Embora o comportamento observado apresente semelhanças com a instabilidade de Plateau-Rayleigh (PRI), o mecanismo subjacente é fundamentalmente diferente, uma vez que a PRI é intrinsecamente tridimensional. A instabilidade investigada aqui, por outro lado, emerge de interações fora do equilíbrio, características de sistemas bidimensionais. Comportamentos semelhantes têm sido relatados em fluidos quirais, o que reforça a ideia de que estamos diante de uma nova tipo de instabilidade. Os resultados apresentados neste trabalho indicam que essa instabilidade não é um efeito de tamanho finito, mas sim uma característica intrínseca de sistemas impulsionados por difusividades diferenciais. Na parte final da tese, amplio a análise para estudar a dinâmica da superfície da interface ativa. Aplicando ferramentas da teoria das ondas capilares, demonstro que o enrugamento da interface segue leis de escala típicas do equilíbrio, mesmo que o sistema esteja intrinsecamente fora do equilíbrio. Este resultado permite definir uma tensão superficial efetiva, cuja evolução revela um enfraquecimento gradual da coesão interfacial até a ruptura. Essas descobertas fornecem uma compreensão mais profunda de como forças fora do equilíbrio moldam o comportamento das interfaces e sugerem novos caminhos para investigar instabilidades e formação de padrões em sistemas de matéria ativa.
Abstract: Rupture dynamics and pinch-off phenomena are essential to understanding instabilities in both fluid dynamics and biological systems. In this thesis, I study the rupture behavior of two-dimensional, channel-like structures formed in a binary mixture of particles with differential diffusivities. Using computational simulations, I explore the evolution of these instabilities under a variety of conditions, focusing on the roles of key parameters such as aspect ratio, particle density, and external drift. Although the observed behavior bears similarities to the Plateau-Rayleigh instability (PRI), the underlying mechanism is fundamentally different, as PRI is inherently three-dimensional. Instead, the instability investigated here emerges from non-equilibrium interactions unique to two-dimensional systems. Notably, comparable behaviors have been reported in chiral fluids, supporting the idea that this is a genuinely new type of instability. The results presented in this work indicate that the instability is not a finite-size effect but an intrinsic feature of systems driven by differential diffusivity. In the latter part of the thesis, I extend the analysis to study the surface dynamics of the active interface. By applying tools from capillary wave theory, I show that the interface roughening follows equilibrium-like scaling laws, even though the system is inherently out of equilibrium. This surprising result allows for the definition of an effective surface tension, whose evolution reveals a gradual weakening of interfacial cohesion leading up to rupture. These findings provide a deeper understanding of how non-equilibrium forces shape interface behavior and suggest new avenues for investigating instability and pattern formation in active matter.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/81015
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
Aparece nas coleções:DFI - Teses defendidas na UFC

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