Uno strato limite si verifica quando un fluido scorre oltre una superficie fissa. È tipicamente definita come la regione del fluido la cui velocità è inferiore al 99% del flusso di fluido senza ostacoli. In altre parole, è la zona di un fluido in movimento che viene rallentata di oltre l’1% da una superficie stazionaria. Lo strato limite è stato definito per comprendere meglio la meccanica dei fluidi dividendo il flusso in due regioni che mostrano un comportamento diverso. Anche le regioni all’interno e all’esterno dello strato limite generano attrito in modi diversi.
Uno dei primi problemi nella ricerca aerodinamica è stato risolvere le complesse equazioni di Navier-Stokes, che si ritiene governino il flusso del fluido. Ci sono molti casi in cui le soluzioni delle equazioni di Navier-Stokes non sono note. È stato notato, tuttavia, che il flusso del fluido ha mostrato due modalità generali di comportamento: laminare e turbolento. Il flusso laminare è un flusso regolare e prevedibile, come quello di una pallina che cade nel miele. Il flusso turbolento è casuale e violento, come quello che esce da una manichetta antincendio.
Lo strato limite separa queste due zone di flusso del fluido. All’interno dello strato limite, il flusso è principalmente laminare. In questa regione, il comportamento del flusso è dominato da sollecitazioni viscose. Lo stress viscoso è direttamente proporzionale alla velocità di un oggetto in transito; un fluido altamente viscoso, come il miele, impone molto attrito agli oggetti che si muovono rapidamente attraverso di esso. Il flusso laminare è caratterizzato da un fluido che scorre in linee parallele senza irregolarità.
Al di fuori dello strato limite, il flusso del fluido è prevalentemente turbolento. Il flusso turbolento, sia in un liquido che in un gas, mostra un comportamento simile. Le variazioni caotiche nella velocità e nella direzione delle particelle rendono impossibili previsioni precise con le attuali conoscenze. Anche l’effetto dell’attrito nel flusso turbolento è diverso dal flusso laminare. L’attrito generalmente non è più proporzionale alla velocità del fluido nel regime turbolento.
Il motivo per cui le palline da golf hanno delle fossette è legato allo strato limite dell’aria. A basse velocità, come durante il putt, una pallina da golf perfettamente sferica non avrebbe grossi problemi con l’attrito dell’aria. Durante il volo ad alta velocità, tuttavia, le palline da golf sferiche avrebbero uno strato limite più grande delle palline con fossette, il che significherebbe che più aria scorre in modo laminare. Questo flusso laminare causerebbe in realtà più attrito dell’aria rispetto a un flusso turbolento. Le palline da golf con fossette volano più lontano delle loro controparti sferiche perché hanno uno strato limite più piccolo e non subiscono tanto attrito con l’aria.