物理学では、境界層とは何ですか？

境界層は、流体が固定された表面を通り過ぎると発生します。 通常、速度が妨げられていない流体の99％未満である流体の領域として定義されます。 言い換えれば、それは動いている液体のゾーンであり、静止表面によって1％以上減速します。 境界層は、異なる動作を示す2つの領域に流れを分割することにより、流体力学をよりよく理解するために定義されています。 境界層の内側と外側の領域も、さまざまな方法で摩擦を生成します。

空力研究の初期の問題は、液体の流れを支配すると考えられている複雑なナビエ・ストークス方程式を解くことでした。 Navier-Stokes方程式の解決策が知られていない多くの場合があります。 しかし、流体の流れが層状と乱流の2つの一般的な動作モードを示したことがわかりました。 ラミナーの流れは、蜂蜜の中に落ちるボールのように、滑らかで予測可能な流れです。 乱流はランダムで暴力的ですそれは火のホースから出てきます。

境界層は、流体の流れのこれら2つのゾーンを分離します。 境界層の内部では、フローは主に層流です。 この領域では、流れの挙動は粘性ス​​トレスによって支配されています。 粘性応力は、通過するオブジェクトの速度に直接比例します。蜂蜜のような非常に粘性のある液体は、それをすばやく移動する物体に多くの摩擦を課します。 層流は、不規則性のない平行線に流れる流体によって特徴付けられます。

境界層の外では、流体の流れは支配的に乱流です。 乱流は、液体であろうとガスであろうと、同様の挙動を示します。 粒子の速度と方向の混oticとしたばらつきは、現在の知識で正確な予測を不可能にします。 乱流における摩擦の影響は、層流とも異なります。 摩擦は一般に、乱流レジの流体速度にもはや比例しません男性。

ゴルフボールがディンプルを持っている理由は、空気の境界層に関連しています。 パッティング中などの低速度では、完全に球状のゴルフボールは、空気摩擦にそれほど問題はありません。 ただし、高速飛行中、球状のゴルフボールは、くぼみのあるボールよりも大きな境界層を持ちます。これは、層流でより多くの空気が流れることを意味します。 この層流は、実際には乱流よりも多くの空気摩擦を引き起こします。 くぼみのあるゴルフボールは、境界層が小さく、空気摩擦を経験しないため、球状のカウンターパートよりもさらに飛行します。