Na física, o que é uma camada limite?

Uma camada limite ocorre quando um fluido passa por uma superfície fixa. É normalmente definido como a região de fluido cuja velocidade é inferior a 99% do fluxo de fluido desimpedido. Em outras palavras, é a zona de um fluido em movimento que é desacelerado mais de 1 % por uma superfície estacionária. A camada limite foi definida para entender melhor a mecânica fluida, dividindo o fluxo em duas regiões que exibem comportamentos diferentes. As regiões dentro e fora da camada limite também geram atrito de maneiras diferentes.

Um problema precoce na pesquisa aerodinâmica estava resolvendo as complexas equações de Navier-Stokes, que se acredita governar o fluxo de fluido. Existem muitos casos em que as soluções para as equações de Navier-Stokes não são conhecidas. Observou -se, no entanto, que o fluxo de fluido exibiu dois modos gerais de comportamento: laminar e turbulento. O fluxo laminar é liso e o fluxo previsível, como o de uma bola que cai pelo mel. O fluxo turbulento é aleatório e violento, comoIsso sai de uma mangueira de incêndio.

A camada limite separa essas duas zonas de fluxo de fluido. Dentro da camada limite, o fluxo é principalmente laminar. Nesta região, o comportamento do fluxo é dominado por tensões viscosas. O estresse viscoso é diretamente proporcional à velocidade de um objeto que passava; Um líquido altamente viscoso, como o mel, impõe muito atrito aos objetos que se movem rapidamente através dele. O fluxo laminar é caracterizado pelo fluido que flui em linhas paralelas sem irregularidades.

Fora da camada limite, o fluxo do fluido é dominantemente turbulento. O fluxo turbulento, seja em um líquido ou gás, mostra comportamento semelhante. Variações caóticas na velocidade e direção das partículas impossibilitam previsões precisas com o conhecimento atual. O efeito do atrito no fluxo turbulento também é diferente do fluxo laminar. O atrito geralmente não é mais proporcional à velocidade do fluido no regi turbulentohomens.

A razão pela qual as bolas de golfe têm covinhas está relacionadas à camada limite do ar. Em baixas velocidades, como durante a colocação, uma bola de golfe perfeitamente esférica não teria muito problema com o atrito do ar. Durante o vôo de alta velocidade, no entanto, as bolas esféricas de golfe teriam uma camada de limite maior do que as bolas com covinhas-o que significaria que mais ar está fluindo da maneira laminar. Esse fluxo laminar realmente causaria mais atrito do ar do que um fluxo turbulento faria. Bolas de golfe covadas voam além de seus colegas esféricos porque têm uma camada de limite menor e não experimentam tanto atrito de ar.