Hva er skaleringslover?

Skaleringslover er et konsept innen vitenskap og ingeniørfag.Det refererer til variabler som endres drastisk avhengig av skalaen (størrelsen) som vurderes.Hvis du for eksempel prøvde å bygge et 50-tonns gruvedrift ved å bruke de samme tekniske forutsetningene som en 2-tonns bil, vil du sannsynligvis ende opp med et kjøretøy som ikke engang kjører.Begrepet skaleringslover vises ofte når man vurderer utformingen av en konstruksjon som er uvanlig stor eller liten, slik at nøye tanker er nødvendig for å utvide prinsippene for typiske størrelse konstruksjoner til uvanlig størrelse konstruksjoner.

Noen skaleringslover er enkle.For en tredimensjonal konstruksjon øker for eksempel volumet med kuben til lineære dimensjoner.Dette betyr ganske enkelt at for hver 10 ganger økning i lineære dimensjoner øker konstruksjonsvolumet med en faktor på 1000. Dette er viktig for å designe maskiner eller strukturer: Hvis du ville doble kapasiteten til et vanntårn, vil du bare øke de lineære dimensjonenemed noen få dusin prosent, i stedet for å doble dem.Enkelt, men sant.

Det er mer komplekse varianter av skaleringslover.Noen av de mest interessante manifestasjonene av skaleringslover blir funnet i områdene mikroteknologi og nanoteknologi, der ingeniører både må takle og utnytte uvanlige egenskaper som følge av små skalaer.I mikrofluidikk inkluderer noen av disse uvanlige egenskapene laminær strømning, overflatespenning, elektroving, rask termisk avspenning, elektriske overflateladninger og diffusjon.For eksempel, i væskekamre med størrelser mindre enn omtrent en halv millimeter, er strømmen laminær, noe som betyr at to konvergerende kanaler ikke kan blandes gjennom turbulens, som på makroskalaen, og i stedet må blande gjennom diffusjon.Det er mange andre eksempler på skaleringslover her.

Når visse egenskaper blir beholdt uavhengig av skalaen, kalles det skala invariant .Eksempler inkluderer alt som oppstår på alle størrelsesskalaer, inkludert fenomenet snøskred, slitasje i elektriske isolatorer, perkolering av væsker gjennom forstyrrede medier og diffusjon av molekyler i løsning.Når vi lærer mer om fysikk og mekanikk, oppdager vi interessante nye skala-invariante fenomener.Generelt varierer de fleste fysiske egenskaper med skala.