Vad är skalningslagar?

Skalningslagar är ett koncept inom vetenskap och teknik.Den hänvisar till variabler som förändras drastiskt beroende på skalan (storlek) som beaktas.Om du till exempel försökte bygga ett 50-ton gruvfordon med samma tekniska antaganden som en 2-ton bil, skulle du förmodligen hamna med ett fordon som inte ens körs.Termen skalningslagar visas ofta när man överväger utformningen av en konstruktion som är ovanligt stor eller liten, så att noggrann tanke är nödvändig för att utvidga principerna för typiska storlekskonstruktioner till ovanligt storlekskonstruktioner.

Vissa skalningslagar är enkla.Till exempel, för en tredimensionell konstruktion ökar volymen med kuben med linjära dimensioner.Detta betyder helt enkelt att för varje tio gånger ökning i linjära dimensioner ökar konstruktionsvolymen med en faktor 1000. Detta är betydande för att utforma maskiner eller strukturer: Om du ville fördubbla kapaciteten för ett vattentorn, kommer du bara att öka dess linjära dimensionermed några dussin procent, snarare än att fördubbla dem.Enkel men sant.

Det finns mer komplexa variationer av skalningslagar.Några av de mest intressanta manifestationerna av skalningslagar finns inom områdena mikroteknik och nanoteknologi, där ingenjörer både måste hantera och utnyttja ovanliga egenskaper till följd av små skalor.I mikrofluidik inkluderar några av dessa ovanliga egenskaper laminärt flöde, ytspänning, elektrovätning, snabb termisk avslappning, elektriska ytladdningar och diffusion.Till exempel, i fluidkamrar med storlekar mindre än ungefär en halv millimeter, är flödet laminärt, vilket innebär att två konvergerande kanaler inte kan blandas genom turbulens, som på makroskalan, och måste istället blandas genom diffusion.Det finns många andra exempel på skalningslagar här.

När vissa egenskaper bibehålls oavsett skalan kallas det skala invariant .Exempel inkluderar allt som förekommer på alla storlekar, inklusive fenomenet av lavin, slitage i elektriska isolatorer, perkolering av vätskor genom störda medier och diffusion av molekyler i lösning.När vi lär oss mer om fysik och mekanik upptäcker vi intressanta nya skala-invarianta fenomen.I allmänhet varierar de flesta fysiska egenskaper med skala.