Στη φυσική, τι είναι ένα οριακό στρώμα;

Ένα οριακό στρώμα εμφανίζεται όταν ένα υγρό ρέει πέρα από μια σταθερή επιφάνεια.Συνήθως ορίζεται ως η περιοχή του υγρού του οποίου η ταχύτητα είναι μικρότερη από το 99% της απρόσκοπτης ροής υγρού.Με άλλα λόγια, είναι η ζώνη ενός κινούμενου υγρού που επιβραδύνεται περισσότερο από 1 τοις εκατό από μια σταθερή επιφάνεια.Το οριακό στρώμα έχει οριστεί για να κατανοήσει καλύτερα τη μηχανική των υγρών διαιρώντας τη ροή σε δύο περιοχές που εμφανίζουν διαφορετική συμπεριφορά.Οι περιοχές μέσα και έξω από το οριακό στρώμα δημιουργούν επίσης τριβή με διαφορετικούς τρόπους.

Ένα πρώιμο πρόβλημα στην έρευνα αεροδυναμικής ήταν η επίλυση των σύνθετων εξισώσεων Navier-Stokes, οι οποίες πιστεύεται ότι διέπουν τη ροή του υγρού.Υπάρχουν πολλές περιπτώσεις όπου οι λύσεις στις εξισώσεις Navier-Stokes δεν είναι γνωστές.Παρατηρήθηκε, ωστόσο, ότι η ροή υγρού εμφάνισε δύο γενικούς τρόπους συμπεριφοράς: στρώμα και ταραχώδη.Η λωρίδα ροής είναι ομαλή και προβλέψιμη ροή, όπως αυτή μιας μπάλας που πέφτει από το μέλι.Η ταραχώδη ροή είναι τυχαία και βίαιη, όπως αυτή που βγαίνει από έναν σωλήνα πυρκαγιάς.

Το οριακό στρώμα διαχωρίζει αυτές τις δύο ζώνες ροής υγρών.Μέσα στο οριακό στρώμα, η ροή είναι κατά κύριο λόγο στρώμα.Σε αυτή την περιοχή, η συμπεριφορά ροής κυριαρχείται από ιξώδεις καταπονήσεις.Το ιξώδες στρες είναι άμεσα ανάλογη με την ταχύτητα ενός αντικειμένου που διέρχεται.Ένα εξαιρετικά ιξώδες υγρό, όπως το μέλι, επιβάλλει μεγάλη τριβή σε αντικείμενα που κινούνται γρήγορα μέσα από αυτό.Η στρωτή ροή χαρακτηρίζεται από υγρό που ρέει σε παράλληλες γραμμές χωρίς παρατυπίες.

εκτός του οριακού στρώματος, η ροή υγρού είναι κυρίαρχη ταραχώδης.Η ταραχώδη ροή, είτε σε υγρό είτε σε αέριο, παρουσιάζει παρόμοια συμπεριφορά.Οι χαοτικές παραλλαγές στην ταχύτητα και την κατεύθυνση των σωματιδίων καθιστούν αδύνατες τις προβλέψεις με τις τρέχουσες γνώσεις.Η επίδραση της τριβής σε ταραχώδη ροή είναι επίσης διαφορετική από τη στρωτή ροή.Η τριβή γενικά δεν είναι πλέον ανάλογη με την ταχύτητα ρευστού στο ταραχώδες σχήμα.

Ο λόγος για τον οποίο οι μπάλες του γκολφ έχουν κοιλότητες σε αυτά σχετίζονται με το οριακό στρώμα του αέρα.Σε χαμηλές ταχύτητες, όπως κατά τη διάρκεια της τοποθέτησης, μια τέλεια σφαιρική μπάλα γκολφ δεν θα είχε μεγάλο πρόβλημα με την τριβή του αέρα.Κατά τη διάρκεια της πτήσης υψηλής ταχύτητας, ωστόσο, οι σφαιρικές μπάλες του γκολφ θα είχαν ένα μεγαλύτερο οριακό στρώμα από τις βομβαρδισμένες μπάλες και το mdash, πράγμα που θα σήμαινε ότι περισσότεροι αέρας ρέει με τον ελασματικό τρόπο.Αυτή η στρωτή ροή θα προκαλούσε πραγματικά περισσότερη τριβή από την τυρβώδη ροή.Οι μπάλες του γκολφ πετούν πέρα από τους σφαιρικούς ομολόγους τους επειδή έχουν μικρότερο οριακό στρώμα και δεν βιώνουν τόσο τριβή αέρα.