In fisica, che cos'è uno strato limite?
Uno strato limite si verifica quando un fluido fluisce oltre una superficie fissa. In genere è definita come la regione del fluido la cui velocità è inferiore al 99% del flusso del fluido senza impedimenti. In altre parole, è la zona di un fluido in movimento che viene rallentata di oltre l'1% da una superficie fissa. Lo strato limite è stato definito per comprendere meglio la meccanica dei fluidi dividendo il flusso in due regioni che mostrano comportamenti diversi. Anche le regioni all'interno e all'esterno dello strato limite generano attrito in diversi modi.
Un problema iniziale nella ricerca aerodinamica era la risoluzione delle complesse equazioni di Navier-Stokes, che si ritiene governino il flusso del fluido. Ci sono molti casi in cui le soluzioni alle equazioni di Navier-Stokes non sono note. Si è notato, tuttavia, che il flusso di fluido presentava due modalità generali di comportamento: laminare e turbolenta. Il flusso laminare è un flusso regolare e prevedibile, come quello di una palla che cade attraverso il miele. Il flusso turbolento è casuale e violento, come quello che esce da una manichetta antincendio.
Lo strato limite separa queste due zone di flusso del fluido. All'interno dello strato limite, il flusso è principalmente laminare. In questa regione, il comportamento del flusso è dominato da sollecitazioni viscose. Lo stress viscoso è direttamente proporzionale alla velocità di un oggetto che passa; un fluido altamente viscoso, come il miele, impone molta frizione agli oggetti che si muovono rapidamente attraverso di esso. Il flusso laminare è caratterizzato da un fluido che scorre in linee parallele senza irregolarità.
Al di fuori dello strato limite, il flusso del fluido è prevalentemente turbolento. Il flusso turbolento, sia in un liquido che in un gas, mostra un comportamento simile. Variazioni caotiche nella velocità e nella direzione delle particelle rendono impossibili previsioni precise con le conoscenze attuali. L'effetto dell'attrito nel flusso turbolento è anche diverso dal flusso laminare. L'attrito generalmente non è più proporzionale alla velocità del fluido nel regime turbolento.
Il motivo per cui le palline da golf hanno fossette in esse è legato allo strato limite dell'aria. A basse velocità, come durante la messa, una pallina da golf perfettamente sferica non avrebbe grossi problemi con l'attrito dell'aria. Durante il volo ad alta velocità, tuttavia, le palline da golf sferiche avrebbero uno strato limite più ampio rispetto alle palline fossette, il che significherebbe che più aria scorre in modo laminare. Questo flusso laminare causerebbe effettivamente più attrito dell'aria di un flusso turbolento. Le palline da golf con fossette volano più lontano delle loro controparti sferiche perché hanno uno strato limite più piccolo e non subiscono l'attrito dell'aria.