Was sind Skalierungsgesetze?

Skalierungsgesetze sind ein Konzept in Wissenschaft und Ingenieurwesen.Es bezieht sich auf Variablen, die sich je nach in Betracht gezogener Skala (Größe) drastisch ändern.Wenn Sie beispielsweise versucht haben, ein 50-Tonnen-Bergbaufahrzeug mit denselben technischen Annahmen wie ein 2-Tonnen-Auto zu bauen, würden Sie wahrscheinlich ein Fahrzeug haben, das nicht einmal läuft.Der Begriff Skalierungsgesetze erscheint häufig bei der Betrachtung des Designs eines ungewöhnlich großen oder kleinen Konstrukts, sodass sorgfältige Überlegungen erforderlich sind, um die Prinzipien typischer Konstrukte auf ungewöhnlich große Konstrukte auszudehnen.

Einige Skalierungsgesetze sind einfach.Zum Beispiel nimmt das Volumen für ein dreidimensionales Konstrukt mit dem Würfel der linearen Abmessungen zu.Dies bedeutet lediglich, dass das Konstruktvolumen für alle 10 -fachen Zunahme der linearen Abmessungen um den Faktor 1000 erhöht wird. Dies ist von Bedeutung für die Gestaltung von Maschinen oder Strukturenum ein paar Dutzend Prozent, anstatt sie zu verdoppeln.Einfach, aber wahr.

Es gibt komplexere Variationen von Skalierungsgesetzen.Einige der interessantesten Manifestationen von Skalierungsgesetzen finden sich in den Bereichen Mikrotechnologie und Nanotechnologie, in denen Ingenieure ungewöhnliche Eigenschaften durch kleine Skalen erfüllen und ausnutzen müssen.In der Mikrofluidik umfassen einige dieser ungewöhnlichen Eigenschaften laminarer Durchfluss, Oberflächenspannung, Elektros, schnelle thermische Relaxation, elektrische Oberflächenladungen und Diffusion.Beispielsweise ist in Flüssigkeitskammern mit Größen kleiner als einem halben Millimeter der Durchfluss laminar, was bedeutet, dass zwei konvergierende Kanäle sich nicht durch Turbulenzen wie im Makroskala durcheinander bringen und stattdessen die Diffusion durchmischen müssen.Hier gibt es viele andere Beispiele für Skalierungsgesetze.

Wenn bestimmte Eigenschaften unabhängig von der Skala beibehalten werden, wird es als -Skala invariante bezeichnet.Beispiele sind alles, was auf allen Größenskalen auftritt, einschließlich des Phänomens von Lawinen, Verschleiß in elektrischen Isolatoren, die Versickerung von Flüssigkeiten durch ungeordnete Medien und die Diffusion von Molekülen in Lösung.Wenn wir mehr über Physik und Mechanik erfahren, entdecken wir interessante neue Phänomene im skalierenden Varianten.Im Allgemeinen variieren die meisten physikalischen Eigenschaften mit der Skala.