Kas yra ribinis sluoksnis fizikoje?

Ribinis sluoksnis susidaro, kai skystis teka pro fiksuotą paviršių. Paprastai jis apibrėžiamas kaip skysčio sritis, kurios greitis yra mažesnis nei 99% netrukdomo skysčio srauto. Kitaip tariant, tai yra judančio skysčio zona, kurią nejudantis paviršius sulėtina daugiau nei 1 procentu. Ribinis sluoksnis buvo apibrėžtas siekiant geriau suprasti skysčių mechaniką, padalijus srautą į du regionus, kurie rodo skirtingą elgesį. Ribinio sluoksnio viduje ir išorėje esančios sritys taip pat įvairiais būdais sukuria trintį.

Ankstyvoji aerodinamikos tyrimų problema buvo sudėtingų Navier-Stokes lygčių, kurios, kaip manoma, reguliuoja skysčio srautą, sprendimas. Yra daug atvejų, kai Navier-Stokes lygčių sprendiniai nėra žinomi. Tačiau buvo pastebėta, kad skysčio srautas pasižymėjo dviem bendraisiais elgesio būdais: laminariniu ir turbulentiniu. Laminarinis srautas yra sklandus ir nuspėjamas srautas, kaip rutulys, krintantis per medų. Turbulentinis srautas yra atsitiktinis ir smarkus, kaip ir ištekantis iš gaisrinės žarnos.

Ribinis sluoksnis atskiria šias dvi skysčio srauto zonas. Ribinio sluoksnio viduje srautas pirmiausia yra laminarinis. Šiame regione tėkmėje vyrauja klampūs įtempiai. Klampus įtempis yra tiesiogiai proporcingas einančio objekto greičiui; labai klampus skystis, kaip medus, sukelia daug trinties greitai per jį judančius objektus. Laminarinis srautas pasižymi tuo, kad skystis teka lygiagrečiomis linijomis be nelygumų.

Už ribinio sluoksnio skysčio srautas vyrauja turbulentinis. Turbulentinis srautas, nesvarbu, ar jis yra skystyje, ar dujose, elgiasi panašiai. Dėl chaotiškų dalelių greičio ir krypties svyravimų dabartinėmis žiniomis neįmanoma tiksliai numatyti. Trinties poveikis turbulentiniam srautui taip pat skiriasi nuo laminarinio srauto. Trintis paprastai nebėra proporcinga skysčio greičiui turbulentiniame režime.

Priežastis, dėl kurios golfo kamuoliukuose yra įdubimų, yra susijusi su ribiniu oro sluoksniu. Esant mažam greičiui, pavyzdžiui, dėjimo metu, idealiai sferinis golfo kamuoliukas neturėtų didelių problemų dėl oro trinties. Tačiau didelio greičio skrydžio metu sferiniai golfo kamuoliukai turėtų didesnį kraštinį sluoksnį nei įdubę kamuoliukai, o tai reikštų, kad laminariniu būdu prateka daugiau oro. Šis laminarinis srautas iš tikrųjų sukeltų didesnę oro trintį nei turbulentinis srautas. Įdubę golfo kamuoliukai skraido toliau nei jų sferiniai atitikmenys, nes jie turi mažesnį ribinį sluoksnį ir nepatiria tiek daug oro trinties.