Que sont les lois sur l'échelle?

Les lois sur l'échelle sont un concept de science et d'ingénierie.Il se réfère aux variables qui changent radicalement en fonction de l'échelle (taille) considérée.Par exemple, si vous essayez de construire un véhicule minier de 50 tonnes en utilisant les mêmes hypothèses d'ingénierie qu'une voiture de 2 tonnes, vous vous retrouveriez probablement avec un véhicule qui ne fonctionne même pas.Le terme lois sur l'échelle apparaît souvent lorsque l'on considère la conception d'une construction inhabituellement grande ou petite, de sorte qu'une pensée minutieuse est nécessaire pour étendre les principes des constructions de taille typique à des constructions de taille inhabituelle.

Certaines lois de mise à l'échelle sont simples.Par exemple, pour une construction tridimensionnelle, le volume augmente avec le cube de dimensions linéaires.Cela signifie simplement que pour chaque 10 fois augmenter les dimensions linéaires, le volume des constructions augmente d'un facteur de 1000. Ceci est significatif pour la conception de machines ou de structures: si vous vouliez doubler la capacité d'un château d'eau, vous n'augmentez qu'augmenter ses dimensions linéairespar quelques dizaines de pour cent, plutôt que de les doubler.Simple mais vrai.

Il existe des variations plus complexes des lois de mise à l'échelle.Certaines des manifestations les plus intéressantes des lois d'échelle se trouvent dans les domaines de la microtechnologie et de la nanotechnologie, où les ingénieurs doivent à la fois faire face et exploiter des propriétés inhabituelles résultant de petites échelles.En microfluidique, certaines de ces propriétés inhabituelles comprennent l'écoulement laminaire, la tension de surface, l'électrowetting, la relaxation thermique rapide, les charges de surface électriques et la diffusion.Par exemple, dans les chambres de fluide avec des tailles plus petites de environ un demi-millimètre, l'écoulement est laminaire, ce qui signifie que deux canaux convergents ne peuvent pas se mélanger à travers la turbulence, comme sur la macro-échelle, et doivent plutôt se mélanger par diffusion.Il existe de nombreux autres exemples de lois sur l'échelle.

Lorsque certaines propriétés sont conservées quelle que soit l'échelle, elle est appelée Invariant de l'échelle .Les exemples incluent tout ce qui se produit sur toutes les échelles de taille, y compris le phénomène des avalanches, l'usure dans les isolateurs électriques, la percolation des liquides à travers des milieux désordonnés et la diffusion des molécules en solution.Alors que nous en apprenons davantage sur la physique et la mécanique, nous découvrons de nouveaux phénomènes invariants intéressants.En général, la plupart des propriétés physiques varient selon l'échelle.