Kaj je v fiziki mejna plast?

Mejna plast nastane, ko tekočina teče mimo fiksne površine. Običajno je opredeljen kot območje tekočine, katere hitrost je manjša od 99 % neoviranega toka tekočine. Z drugimi besedami, to je območje gibljive tekočine, ki jo mirujoča površina upočasni za več kot 1 odstotek. Mejni sloj je bil opredeljen za boljše razumevanje mehanike tekočin z razdelitvijo toka na dve regiji, ki prikazujeta različno obnašanje. Regije znotraj in zunaj mejne plasti prav tako povzročajo trenje na različne načine.

Zgodnji problem v raziskavah aerodinamike je bilo reševanje kompleksnih Navier-Stokesovih enačb, za katere se domneva, da urejajo pretok tekočine. Obstaja veliko primerov, ko rešitve Navier-Stokesovih enačb niso znane. Opazili pa so, da je tok tekočine pokazal dva splošna načina obnašanja: laminaren in turbulenten. Laminarni tok je gladek in predvidljiv tok, kot pri žogici, ki pada skozi med. Turbulenten tok je naključen in silovit, kot tisti, ki prihaja iz gasilske cevi.

Mejna plast ločuje ti dve coni pretoka tekočine. Znotraj mejne plasti je tok predvsem laminaren. V tem območju v obnašanju toka prevladujejo viskozne napetosti. Viskozna napetost je neposredno sorazmerna s hitrostjo mimoidočega predmeta; zelo viskozna tekočina, kot je med, povzroča veliko trenja na predmete, ki se hitro premikajo skozi njo. Za laminarni tok je značilno, da tekočina teče po vzporednih črtah brez nepravilnosti.

Zunaj mejne plasti je tok tekočine pretežno turbulenten. Turbulentni tok, bodisi v tekočini ali plinu, kaže podobno obnašanje. Kaotične razlike v hitrosti in smeri delcev onemogočajo natančne napovedi s trenutnim znanjem. Tudi učinek trenja pri turbulentnem toku je drugačen od laminarnega toka. Trenje na splošno ni več sorazmerno s hitrostjo tekočine v turbulentnem režimu.

Razlog, zakaj imajo žogice za golf vdolbine, je povezan z mejno plastjo zraka. Pri nizkih hitrostih, na primer med vstavljanjem, popolnoma sferična žogica za golf ne bi imela velikih težav z zračnim trenjem. Med letenjem z veliko hitrostjo pa bi imele sferične žogice za golf večjo mejno plast kot žogice z vdolbinami – kar bi pomenilo, da na laminarni način teče več zraka. Ta laminarni tok bi dejansko povzročil več zračnega trenja kot turbulentni tok. Žogice za golf z vdolbinami letijo dlje od svojih sferičnih sorodnikov, ker imajo manjši mejni sloj in ne doživljajo toliko zračnega trenja.