Wat zijn schalingswetten?

Schalingswetten zijn een begrip in wetenschap en techniek. Het verwijst naar variabelen die drastisch veranderen afhankelijk van de schaal (grootte) overwogen. Bijvoorbeeld, als u geprobeerd om een ​​50-ton mijnbouw voertuig met behulp van dezelfde techniek veronderstellingen dat een 2-tons auto te bouwen, zou u waarschijnlijk eindigen met een voertuig dat niet eens lopen. De term "schalingswetten" verschijnt vaak bij het overwegen van het ontwerp van een constructie die is ongewoon groot of klein, zodat een zorgvuldige gedachte is noodzakelijk beginselen van typische middelgrote constructies om ongewoon formaat constructies te verlengen.

Sommige schaalwetten zijn eenvoudig. Bijvoorbeeld, "een driedimensionale constructie, volume neemt toe met de derde macht van de lineaire afmeting." Dit betekent simpelweg dat voor elke 10 keer te verhogen in lineaire afmetingen, volume neemt het construct met een factor van 1000. Dit is belangrijk voor het ontwerpen van machines of structuren: als je wilde om de capaciteit van een watertoren te verdubbelen, je alleen maar zou toenemen haar lineaire afmetingen van enkele tientallen procent, in plaats van een verdubbeling van hen. Eenvoudig, maar waar.

Er zijn meer complexe variaties van schalingswetten. Enkele van de meest interessante uitingen van schalingswetten worden gevonden op het gebied van micro- en nanotechnologie, waar ingenieurs moeten beide omgaan met en te exploiteren ongewone eigenschappen als gevolg van kleine schalen. In microfluidics, sommige ongewone eigenschappen omvatten laminaire stroming, oppervlaktespanning, electrowetting, snelle thermische relaxatie, elektrische oppervlakteladingen en diffusie. Bijvoorbeeld in fluïdumkamer met een grootte kleiner dan ongeveer een halve millimeter, de stroming laminair, waardoor twee convergerende kanalen niet kunnen mengen in turbulentie, Op de macroschaal, en moet in plaats daarvan meng door diffusie. Er zijn vele andere voorbeelden van schalingswetten hier.

Wanneer bepaalde eigenschappen behouden blijven, ongeacht de schaal, het is schaal invariant genoemd. Voorbeelden hiervan zijn iets dat gebeurt op alle maten schalen, met inbegrip van het fenomeen van lawines, slijtage in elektrische isolatoren, percolatie van vloeistoffen door wanordelijke media, en de diffusie van moleculen in oplossing. Naarmate we meer over natuurkunde en mechanica te leren, ontdekken we interessante nieuwe schaalinvariabele verschijnselen. In het algemeen zijn de meeste fysische eigenschappen variëren met schaal.