Fizikte Sınır Katmanı Nedir?

Sınırlı bir katman, bir sıvı sabit bir yüzeyden geçerken oluşur. Tipik olarak, hızı engelsiz sıvı akışının% 99'undan az olan sıvı bölgesi olarak tanımlanır. Başka bir deyişle, sabit bir yüzey tarafından yüzde 1'den daha fazla yavaşlayan hareketli bir sıvının bölgesidir. Sınır tabakası, akışı farklı davranış gösteren iki bölgeye bölerek akışkanlar mekaniğini daha iyi anlamak için tanımlanmıştır. Sınır tabakasının içindeki ve dışındaki bölgeler de farklı şekillerde sürtünme oluşturur.

Aerodinamik araştırmalardaki erken bir problem, akışkanın akışını yönettiğine inanılan karmaşık Navier-Stokes denklemlerini çözmekti. Navier-Stokes denklemlerinin çözümlerinin bilinmediği birçok durum vardır. Ancak, akışkan akışının iki genel davranış şekli gösterdiği fark edildi: laminer ve türbülanslı. Laminer akış, baldan düşen topun yaptığı gibi pürüzsüz ve tahmin edilebilir bir akıştır. Türbülanslı akış, yangın hortumundan çıkan gibi rastgele ve şiddetlidir.

Sınır tabakası, bu iki sıvı akışı bölgesini ayırır. Sınır tabakasının içinde akış öncelikle laminerdir. Bu bölgede akışkanlık davranışları viskoz stresler baskındır. Viskoz stres, geçen nesnenin hızıyla doğru orantılıdır; bal gibi oldukça viskoz bir sıvı, içinde hızla hareket eden nesnelere çok sürtünme uygular. Laminer akış, düzensizlikler olmadan paralel çizgilerde akan akışkan ile karakterize edilir.

Sınır katmanının dışında, akışkan akışı baskın olarak türbülanslıdır. Türbülanslı akış, bir sıvı ya da gazda olsun, benzer davranışlar gösterir. Hız ve parçacıkların yönündeki kaotik varyasyonlar, mevcut bilgilerle kesin öngörüleri imkansız kılar. Sürtünmenin türbülanslı akıştaki etkisi de laminer akıştan farklıdır. Sürtünme genellikle türbülanslı rejimdeki akışkan hızı ile orantılı değildir.

Golf toplarının içinde çukurlar olmasının sebebi, sınır hava tabakası ile ilgilidir. Mükemmel bir küresel golf topunun koyma sırasındaki gibi düşük hızlarda, hava sürtünmesi ile ilgili bir sorunu olmazdı. Bununla birlikte, yüksek hızlı uçuş sırasında, küresel golf toplarının çukurlu toplardan daha geniş bir sınır tabakası olacaktır - bu da laminer şekilde daha fazla hava akacağı anlamına gelir. Bu laminer akış aslında türbülanslı bir akıştan daha fazla hava sürtünmesine neden olur. Çukurlu golf topları, daha küçük bir sınır katmanına sahip olduklarından ve çok fazla hava sürtünmesi yaşamadıklarından, küresel benzerlerinden daha fazla uçarlar.