Exact solutions for chemical concentration waves of self-propelling camphor particles racing on a ring: A novel potential dynamics perspective

Abstract

A potential dynamics approach is developed to determine the periodic standing and traveling wave patterns associated with self-propelling camphor objects floating on ring-shaped water channels. Exact solutions of the wave patterns are derived. The bifurcation diagram describing the transition between the immobile and self-propelling modes of camphor objects is derived semi-analytically. The bifurcation is of a pitchfork type which is consistent with earlier theoretical work in which natural boundary conditions have been considered.

Розвинуто метод потенцiальної динамiки для того, щоб вивчити картини перiодичних стоячих i бiжучих хвиль, пов’язаних iз самоурухомлювальними камфорними об’єктами, якi рухаються на кiльцеподiбних водяних каналах. Отримано точнi розв’язки хвильвових картин. Отримано напiваналiтично дiаграму бiфуркацiї, яка описує перехiд мiж нерухомою i самоурухомлювальною модами камфорних об’єктiв. Бiфуркацiя є вилоподiбна, що узгоджується з попередньою теоретичною роботою, в якiй розглянуто природнi граничнi умови.