Curvature Heterogeneities Act as Singular Perturbations to Smooth Laplacian Fields: A Fluid Mechanics Demonstration

曲率 各向同性 物理 拉普拉斯算子 流体力学 流体力学 机械 经典力学 各向异性 几何学 光学 数学 量子力学
作者
Stéphane Guillet,Benjamin Guiselin,Mariem Boughzala,Vassili Desages,Denis Bartolo
出处
期刊:Physical Review Letters [American Physical Society]
卷期号:131 (18): 188201-188201
标识
DOI:10.1103/physrevlett.131.188201
摘要

In this Letter, we use a model fluid mechanics experiment to elucidate the impact of curvature heterogeneities on two-dimensional fields deriving from harmonic potential functions. This result is directly relevant to explain the smooth stationary structures in physical systems as diverse as curved liquid crystal and magnetic films, heat and Ohmic transport in wrinkled two-dimensional materials, and flows in confined channels. Combining microfluidic experiments and theory, we explain how curvature heterogeneities shape confined viscous flows. We show that isotropic bumps induce local distortions to Darcy's flows, whereas anisotropic curvature heterogeneities disturb them algebraically over system-spanning scales. Thanks to an electrostatic analogy, we gain insight into this singular geometric perturbation, and quantitatively explain it using both conformal mapping and numerical simulations. Altogether, our findings establish the robustness of our experimental observations and their broad relevance to all Laplacian problems beyond the specifics of our fluid mechanics experiment.

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