Ve fyzice, co je hraniční vrstva?
Hraniční vrstva nastává, když tekutina protéká kolem pevného povrchu. Obvykle je definována jako oblast tekutiny, jejíž rychlost je menší než 99% neomezeného toku tekutiny. Jinými slovy, je to zóna pohybující se tekutiny, která je stacionárním povrchem zpomalena o více než 1 procento. Hraniční vrstva byla definována pro lepší pochopení mechaniky tekutin rozdělením toku do dvou oblastí, které vykazují odlišné chování. Oblasti uvnitř a vně mezní vrstvy také vytvářejí tření různými způsoby.
Prvním problémem ve výzkumu aerodynamiky bylo řešení složitých Navier-Stokesových rovnic, o nichž se předpokládá, že řídí tok tekutiny. Existuje mnoho případů, kdy řešení rovnic Navier-Stokes nejsou známa. Bylo však zaznamenáno, že tok tekutin vykazoval dva obecné způsoby chování: laminární a turbulentní. Laminární tok je plynulý a předvídatelný tok, jako u koule padající medem. Turbulentní tok je náhodný a násilný, jako to, že vychází z požární hadice.
Hraniční vrstva odděluje tyto dvě zóny toku tekutiny. Uvnitř mezní vrstvy je tok primárně laminární. V této oblasti dominuje tokové chování viskózní napětí. Viskózní napětí je přímo úměrné rychlosti projíždějícího objektu; vysoce viskózní tekutina, jako je med, způsobuje velké tření na objektech, které se jimi rychle pohybují. Laminární tok je charakterizován tekutinou protékající paralelními liniemi bez nepravidelností.
Mimo hraniční vrstvu je proud tekutiny dominantně turbulentní. Turbulentní tok, ať už v kapalině nebo plynu, vykazuje podobné chování. Chaotické variace rychlosti a směru částic znemožňují přesné předpovědi se současnými znalostmi. Účinek tření v turbulentním proudění se také liší od laminárního proudění. Tření obecně již není úměrné rychlosti tekutiny v turbulentním režimu.
Důvod, proč mají golfové míčky jamky, souvisí s mezní vrstvou vzduchu. Při nízkých rychlostech, jako například při házení, by dokonale kulový golfový míček neměl problém se vzduchovým třením. Během vysokorychlostního letu by však kulové golfové míčky měly větší mezní vrstvu než tlumené koule - což by znamenalo, že laminárním způsobem proudí více vzduchu. Toto laminární proudění by ve skutečnosti způsobilo větší tření vzduchu než by turbulentní proudění. Tlusté golfové míčky létají dále než jejich kulové protějšky, protože mají menší mezní vrstvu a nezažívají tolik vzdušného tření.