Bløde materialer er materialer, som nemt kan deformeres uden at øge temperaturen. Eksempler er væsker, geler, polymerer og strukturer lavet af biomolekyler. Levende organismer er karakteriseret ved, at de konstant kan ændre form og struktur, fordi de er opbygget af bløde materialer. Biofysik er et videnskabeligt område, som bruger fysikkens redskaber til at studere biologiske processer. De fysiske principper bag mange biologiske processer på celleniveau er stadig ikke forstået, så der venter spændende opgaver for fremtidens biofysikere.
Øvelse 1: Brownsk bevægelse
Diffusion er en af vigtigste fysiske mekanismer til transport af molekyler over korte afstande, eksempelvis i celler. Diffusion skyldes grundlæggende, at molekyler bevæger sig tilfældigt på grund af deres temperatur.
I denne øvelse bruger du et mikroskop til at filme den tilfældige ’Brownske’ bevægelse af en lille plastickugle i vand som en illustration af den molekylære mekanisme for diffusion.
I vandet bevæger vandmolekyler sig tilfældigt med stor hastighed og kolliderer hele tiden med hinanden og med overfladen af plastickuglen. Men kollisionerne med kuglen er aldrig helt symmetrisk fordelt, hvilket resulterer i, at kuglen også bevæger sig tilfældigt, dog meget langsommere end vandmolekylerne. Einsteins teori for Brownsk bevægelse fra 1905 beskriver statistikken for en kugles bevægelse ('diffusion’) i væsker og kobler bl.a. bevægelsen sammen med kuglens størrelse og væskens viskositet.
I øvelsen optager du en kort film af plastickuglens tilfældige bevægelse i vandet. Kuglens præcise bane bestemmes efterfølgende med billedanalyse i en computer, og vi undersøger statistikken for kuglens skridt. Ved hjælp af Einsteins teori kan vi bruge analysen til at beregne størrelsen af kuglen.
Øvelse 2: Væskers fysik
Den flydende tilstand er en af de tre konventionelle tilstandsformer af stoffer. De fysiske egenskaber af væsker bestemmer i høj grad, hvordan processer i levende celler foregår, og væskers fysik er også relevant for mange teknologiske anvendelser.
Eksempler på væskers fysiske egenskaber er eksempelvis deres densitet, viskositet, overfladespænding, grænsefladespænding til andre væsker (fx olie) og væskers kontakt til faste stoffers overflader, også kaldet kontaktvinklen.
I denne øvelse undersøger du udvalgte fysiske egenskaber af væsker. Overfladespændingen for en væske kan betragtes som en kraft i væskeoverfladen, der altid forsøger at minimere overfladearealet. I øvelsen måles overfladespænding ved at betragte formen af en ’pæreformet’ hængende dråbe, som er deformeret af tyngdekraften.
I øvelsen måles også viskositet, som er en egenskab, der fortæller, hvor meget væsken deformeres, når den udsættes for kræfter. Vi kan måle viskositet ved at måle hvor hurtigt, små metalkugler falder gennem en væske. Viskositet har i naturen afgørende betydning for diffusion og Brownsk bevægelse.
Endelig vil vi måle væskers kontakt til overflader ved at måle den såkaldte kontaktvinkel mellem væskedråbe og en fast overflade.
