En física, ¿qué es una capa límite?
Una capa límite ocurre cuando un fluido fluye más allá de una superficie fija. Típicamente se define como la región de fluido cuya velocidad es inferior al 99% del flujo de fluido sin obstáculos. En otras palabras, es la zona de un fluido en movimiento que se ralentiza más del 1 por ciento por una superficie estacionaria. La capa límite se ha definido para comprender mejor la mecánica de fluidos dividiendo el flujo en dos regiones que muestran un comportamiento diferente. Las regiones dentro y fuera de la capa límite también generan fricción de diferentes maneras.
Un problema temprano en la investigación aerodinámica fue resolver las complejas ecuaciones de Navier-Stokes, que se cree que gobiernan el flujo de fluido. Hay muchos casos en los que no se conocen las soluciones a las ecuaciones de Navier-Stokes. Sin embargo, se notó que el flujo de fluidos exhibía dos modos generales de comportamiento: laminar y turbulento. El flujo laminar es un flujo liso y predecible, como el de una bola que cae a través de la miel. El flujo turbulento es aleatorio y violento, comoque saliendo de una manguera de fuego.
La capa límite separa estas dos zonas de flujo de fluido. Dentro de la capa límite, el flujo es principalmente laminar. En esta región, el comportamiento del flujo está dominado por tensiones viscosas. El estrés viscoso es directamente proporcional a la velocidad de un objeto que pasa; Un líquido altamente viscoso, como la miel, impone mucha fricción en los objetos que se mueven rápidamente a través de él. El flujo laminar se caracteriza por fluido en líneas paralelas sin irregularidades.
Fuera de la capa límite, el flujo de fluido es predominantemente turbulento. El flujo turbulento, ya sea en un líquido o gas, muestra un comportamiento similar. Las variaciones caóticas en la velocidad y la dirección de las partículas hacen que las predicciones precisas sean imposibles con el conocimiento actual. El efecto de la fricción en el flujo turbulento también es diferente del flujo laminar. La fricción generalmente ya no es proporcional a la velocidad del fluido en el regi turbulentohombres.
La razón por la cual las pelotas de golf tienen hoyuelos están relacionadas con la capa límite del aire. A bajas velocidades, como durante la colocación, una pelota de golf perfectamente esférica no tendría muchos problemas con la fricción del aire. Sin embargo, durante el vuelo de alta velocidad, las pelotas esféricas de golf tendrían una capa límite más grande que las bolas con piso, lo que significaría que más aire fluye en la manera laminar. Este flujo laminar en realidad causaría más fricción del aire que un flujo turbulento. Las pelotas de golf con hoyuelos vuelan más allá de sus contrapartes esféricas porque tienen una capa límite más pequeña y no experimentan tanta fricción del aire.