W fizyce czym jest warstwa graniczna?
Warstwa graniczna występuje, gdy płyn przepływa przez stałą powierzchnię. Zazwyczaj określa się go jako obszar płynu, którego prędkość jest mniejsza niż 99% niezakłóconego przepływu płynu. Innymi słowy, jest to strefa poruszającego się płynu, która jest spowolniona o ponad 1 procent przez nieruchomą powierzchnię. Warstwa graniczna została zdefiniowana w celu lepszego zrozumienia mechaniki płynów poprzez podzielenie przepływu na dwa obszary, które wykazują różne zachowanie. Regiony wewnątrz i na zewnątrz warstwy granicznej również generują tarcie na różne sposoby.
Wczesnym problemem w badaniach aerodynamicznych było rozwiązanie złożonych równań Naviera-Stokesa, które, jak się uważa, rządzą przepływem płynu. W wielu przypadkach rozwiązania równań Naviera-Stokesa nie są znane. Zauważono jednak, że przepływ płynu wykazywał dwa ogólne tryby zachowania: laminarny i turbulentny. Przepływ laminarny jest płynny i przewidywalny, podobnie jak przepływ piłki wpadającej przez miód. Przepływ turbulentny jest losowy i gwałtowny, podobnie jak wąż gaśniczy.
Warstwa graniczna oddziela te dwie strefy przepływu płynu. Wewnątrz warstwy granicznej przepływ jest przede wszystkim laminarny. W tym obszarze zachowanie przepływu zdominowane jest przez naprężenia lepkie. Naprężenie lepkie jest wprost proporcjonalne do prędkości przechodzącego obiektu; bardzo lepki płyn, taki jak miód, powoduje duże tarcie na szybko poruszających się po nim przedmiotach. Przepływ laminarny charakteryzuje się płynem płynącym w równoległych liniach bez nieregularności.
Poza warstwą graniczną przepływ płynu jest w większości turbulentny. Przepływ turbulentny, czy to w cieczy, czy w gazie, wykazuje podobne zachowanie. Chaotyczne zmiany prędkości i kierunku cząstek uniemożliwiają precyzyjne przewidywanie przy obecnej wiedzy. Wpływ tarcia na przepływ turbulentny różni się również od przepływu laminarnego. Tarcie zasadniczo nie jest już proporcjonalne do prędkości płynu w trybie turbulentnym.
Powód, dla którego piłki golfowe mają wgłębienia, jest związany z graniczną warstwą powietrza. Przy niskich prędkościach, na przykład podczas kładzenia, idealnie kulista piłka golfowa nie miałaby większego problemu z tarciem powietrznym. Jednak podczas lotu z dużą prędkością kuliste piłki golfowe miałyby większą warstwę graniczną niż piłki z wgłębieniami - co oznaczałoby, że więcej powietrza przepływa w sposób laminarny. Ten przepływ laminarny faktycznie spowodowałby większe tarcie powietrzne niż przepływ turbulentny. Wgłębione piłki golfowe latają dalej niż ich kuliste odpowiedniki, ponieważ mają mniejszą warstwę graniczną i nie odczuwają tak dużego tarcia powietrznego.