물리학에서 경계층이란 무엇입니까?

유체가 고정 된 표면을지나 흐를 때 경계층이 발생합니다. 일반적으로 속도가 방해받지 않는 유체 흐름의 99 % 미만인 유체 영역으로 정의됩니다. 다시 말해, 움직이는 표면이 정지 표면에 의해 1 % 이상 느려지는 영역입니다. 경계층은 흐름을 다른 동작을 나타내는 두 영역으로 나누어 유체 역학을 더 잘 이해하도록 정의되었습니다. 경계층의 내부와 외부의 영역도 다른 방식으로 마찰을 발생시킵니다.

공기 역학 연구의 초기 문제는 유체의 흐름을 제어하는 ​​것으로 알려진 복잡한 Navier-Stokes 방정식을 해결하는 것이 었습니다. Navier-Stokes 방정식에 대한 솔루션을 모르는 경우가 많습니다. 그러나 유체 흐름은 층류와 난류의 두 가지 일반적인 동작 모드를 나타냅니다. 층류는 꿀을 통해 떨어지는 공의 흐름처럼 부드럽고 예측 가능한 흐름입니다. 난기류는 불 호스에서 나오는 것과 같이 무작위이며 격렬합니다.

경계층은 유체 흐름의이 두 영역을 분리합니다. 경계층 내부에서 흐름은 주로 층류입니다. 이 영역에서 유동 거동은 점성 응력에 의해 좌우됩니다. 점성 응력은 통과하는 물체의 속도에 정비례합니다. 꿀과 같이 점성이 높은 유체는 빠르게 이동하는 물체에 많은 마찰을가합니다. 층류는 유체가 요철없이 평행선으로 흐르는 것을 특징으로합니다.

경계층 외부에서 유체 흐름은 주로 난류입니다. 액체이든 가스이든 난류는 비슷한 행동을 보입니다. 입자의 속도와 방향의 혼란은 현재 지식으로는 정확한 예측을 불가능하게합니다. 난류에서의 마찰 효과는 층류와 다릅니다. 마찰은 일반적으로 난류 요법에서 더 이상 유체 속도에 비례하지 않습니다.

골프 공에 딤플이있는 이유는 공기의 경계층과 관련이 있습니다. 퍼팅 동안과 같은 낮은 속도에서, 완전 구형 골프 공은 공기 마찰에 큰 문제가되지 않을 것이다. 그러나 고속 비행 중에 구형 골프 공은 딤플 볼보다 더 큰 경계층을 가지게되므로 더 많은 공기가 층류로 흘러 가게됩니다. 이 층류는 실제로 난류보다 더 많은 공기 마찰을 유발합니다. 보조 골프 공은 경계층이 작고 공기 마찰이 적기 때문에 구형의 볼보다 더 멀리 날아갑니다.