Dalam fisika, apa itu lapisan batas?

Lapisan batas terjadi ketika fluida mengalir melewati permukaan yang tetap.Ini biasanya didefinisikan sebagai daerah fluida yang kecepatannya kurang dari 99% dari aliran fluida tanpa hambatan.Dengan kata lain, itu adalah zona cairan bergerak yang melambat lebih dari 1 persen oleh permukaan stasioner.Lapisan batas telah didefinisikan untuk lebih memahami mekanika fluida dengan membagi aliran menjadi dua daerah yang menampilkan perilaku yang berbeda.Daerah di dalam dan di luar lapisan batas juga menghasilkan gesekan dengan cara yang berbeda.

Masalah awal dalam penelitian aerodinamika adalah memecahkan persamaan Navier-Stokes yang kompleks, yang diyakini mengatur aliran cairan.Ada banyak kasus di mana solusi untuk persamaan Navier-Stokes tidak diketahui.Namun, diperhatikan bahwa aliran fluida menunjukkan dua mode perilaku umum: laminar dan turbulen.Aliran laminar adalah aliran halus dan dapat diprediksi, seperti bola yang jatuh melalui madu.Aliran turbulen acak dan kejam, seperti itu keluar dari selang api.

Lapisan batas memisahkan dua zona aliran fluida ini.Di dalam lapisan batas, alirannya terutama laminar.Di wilayah ini, perilaku aliran didominasi oleh tekanan kental.Tegangan kental berbanding lurus dengan kecepatan objek yang lewat;Cairan yang sangat kental, seperti madu, memaksakan banyak gesekan pada objek yang bergerak cepat melaluinya.Aliran laminar ditandai dengan fluida yang mengalir dalam garis paralel tanpa penyimpangan.

Di luar lapisan batas, aliran fluida dominan turbulen.Aliran turbulen, baik dalam cairan atau gas, menunjukkan perilaku yang sama.Variasi kacau dalam kecepatan dan arah partikel membuat prediksi yang tepat menjadi tidak mungkin dengan pengetahuan saat ini.Efek gesekan dalam aliran turbulen juga berbeda dari aliran laminar.Gesekan umumnya tidak lagi sebanding dengan kecepatan fluida dalam rejimen turbulen.

Alasan bola golf memiliki lesung pipit di dalamnya terkait dengan lapisan batas udara.Pada kecepatan rendah, seperti selama menempatkan, bola golf bola sempurna tidak akan memiliki banyak masalah dengan gesekan udara.Namun, selama penerbangan berkecepatan tinggi, bola golf bola akan memiliki lapisan batas yang lebih besar daripada bola lesung mdash; yang berarti lebih banyak udara mengalir dengan cara laminar.Aliran laminar ini sebenarnya akan menyebabkan lebih banyak gesekan udara daripada aliran turbulen.Bola golf berlesung pipit terbang lebih jauh dari rekan -rekan bola mereka karena mereka memiliki lapisan batas yang lebih kecil dan tidak mengalami gesekan udara sebanyak itu.