Wat is in de natuurkunde een grenslaag?
Een grenslaag treedt op wanneer een vloeistof langs een vast oppervlak stroomt.Het wordt typisch gedefinieerd als het vloeistofgebied waarvan de snelheid minder dan 99% van de ongehinderde vloeistofstroom is.Met andere woorden, het is de zone van een bewegende vloeistof die meer dan 1 procent wordt vertraagd door een stationair oppervlak.De grenslaag is gedefinieerd om de vloeistofmechanica beter te begrijpen door de stroom in twee gebieden te delen die ander gedrag vertonen.Gebieden binnen en buiten de grenslaag genereren ook op verschillende manieren wrijving.
Een vroeg probleem in het onderzoek van aerodynamica was het oplossen van de complexe Navier-Stokes-vergelijkingen, waarvan wordt aangenomen dat ze de vloeistofstroom regelen.Er zijn veel gevallen waarin de oplossingen voor de Navier-Stokes-vergelijkingen niet bekend zijn.Er werd echter opgemerkt dat vloeistofstroom twee algemene gedragsmodi vertoonde: laminair en turbulent.Laminaire stroming is glad en voorspelbare stroom, zoals die van een bal die door honing valt.Turbulente stroming is willekeurig en gewelddadig, zoals dat uit een brandslang komt.
De grenslaag scheidt deze twee zones van vloeistofstroom.In de grenslaag is de stroom voornamelijk laminair.In dit gebied wordt stromingsgedrag gedomineerd door viskeuze spanningen.Viskeuze spanning is recht evenredig met de snelheid van een passerend object;Een zeer viskeuze vloeistof, zoals honing, legt veel wrijving op aan objecten die er snel doorheen bewegen.Laminaire stroming wordt gekenmerkt door vloeistof die in parallelle lijnen stroomt zonder onregelmatigheden.
Buiten de grenslaag is de vloeistofstroom dominant turbulent.Turbulente stroming, in vloeistof of gas, vertoont vergelijkbaar gedrag.Chaotische variaties in snelheid en richting van deeltjes maken precieze voorspellingen onmogelijk bij de huidige kennis.Het effect van wrijving in turbulente stroming verschilt ook van de laminaire stroming.Wrijving is over het algemeen niet langer evenredig met vloeistofsnelheid in het turbulente regime.
De reden dat golfballen kuiltjes bevatten, zijn gerelateerd aan de grenslaag van lucht.Met lage snelheden, zoals tijdens het plaatsen, zou een perfect bolvormige golfbal niet veel probleem hebben met luchtwrijving.Tijdens een hoge snelheidsvlucht zouden bolvormige golfballen echter een grotere grenslaag hebben dan kuiltjesballen mdash; wat zou betekenen dat meer lucht op de laminaire manier stroomt.Deze laminaire stroom zou eigenlijk meer luchtwrijving veroorzaken dan een turbulente stroming zou doen.Kuile golfballen vliegen verder dan hun bolvormige tegenhangers omdat ze een kleinere grenslaag hebben en niet zoveel luchtwrijving ervaren.