Wat zijn schaalwetten?

Schaalwetten zijn een concept in wetenschap en engineering.Het verwijst naar variabelen die drastisch veranderen, afhankelijk van de schaal (grootte) die wordt overwogen.Als u bijvoorbeeld probeerde een 50-ton mijnvoertuig te bouwen met dezelfde technische veronderstellingen als een auto van 2 ton, zou u waarschijnlijk een voertuig eindigen dat niet eens loopt.De term schaalwetten verschijnen vaak bij het overwegen van het ontwerp van een construct dat ongewoon groot of klein is, zodat zorgvuldige gedachte nodig is om principes van typische constructen uit te breiden tot ongewoon grootte constructen.

Sommige schaalwetten zijn eenvoudig.Voor een driedimensionaal construct neemt het volume bijvoorbeeld toe met de kubus van lineaire afmetingen.Dit betekent eenvoudig dat voor elke 10 keer toename van lineaire dimensies, het constructen volume toeneemt met een factor 1000. Dit is belangrijk voor het ontwerpen van machines of structuren: als u de capaciteit van een watertoren wilt verdubbelen, verhoogt u alleen de lineaire afmetingenmet enkele tientallen procent, in plaats van ze te verdubbelen.Eenvoudig maar waar.

Er zijn meer complexe variaties van schaalwetten.Enkele van de meest interessante manifestaties van schaalwetten worden gevonden op het gebied van microtechnologie en nanotechnologie, waar ingenieurs zowel omgaan als misbruik van ongebruikelijke eigenschappen als gevolg van kleine schalen.In microfluidics omvatten sommige van deze ongewone eigenschappen laminaire stroming, oppervlaktespanning, elektrowetting, snelle thermische ontspanning, elektrische oppervlakteladingen en diffusie.In vloeibare kamers met maten kleiner dan ongeveer een halve millimeter, is de stroom bijvoorbeeld laminair, wat betekent dat twee convergerende kanalen niet kunnen mengen door turbulentie, zoals op de macroschaal, en in plaats daarvan moeten mengen door diffusie.Er zijn hier veel andere voorbeelden van schaalwetten.

Wanneer bepaalde eigenschappen worden behouden ongeacht de schaal, wordt dit schaalinvariant genoemd .Voorbeelden zijn alles wat voorkomt op alle schalen, inclusief het fenomeen van lawines, slijtage in elektrische isolatoren, percolatie van vloeistoffen door ongeordende media en de diffusie van moleculen in oplossing.Naarmate we meer leren over natuurkunde en mechanica, ontdekken we interessante nieuwe schaalinvariante fenomenen.Over het algemeen variëren de meeste fysieke eigenschappen met schaal.