¿Qué son las leyes de escala?

Las leyes de escala son un concepto en ciencia e ingeniería. Se refiere a variables que cambian drásticamente dependiendo de la escala (tamaño) que se está considerando. Por ejemplo, si trató de construir un vehículo minero de 50 toneladas utilizando los mismos supuestos de ingeniería que un automóvil de 2 toneladas, probablemente terminaría con un vehículo que ni siquiera funciona. El término "leyes de escala" a menudo aparece cuando se considera el diseño de una construcción que es inusualmente grande o pequeña, por lo que es necesario pensar detenidamente para extender los principios de las construcciones de tamaño típico a las construcciones de tamaño inusual.

Algunas leyes de escala son simples. Por ejemplo, "para una construcción tridimensional, el volumen aumenta con el cubo de dimensiones lineales". Esto simplemente significa que por cada aumento de 10 veces en las dimensiones lineales, el volumen de la construcción aumenta en un factor de 1000. Esto es importante para diseñar máquinas o estructuras: si quisiera duplicar la capacidad de una torre de agua, solo aumentaría su dimensiones lineales en unas pocas docenas por ciento, en lugar de duplicarlas. Simple pero cierto.

Hay variaciones más complejas de las leyes de escala. Algunas de las manifestaciones más interesantes de las leyes de escala se encuentran en las áreas de microtecnología y nanotecnología, donde los ingenieros deben hacer frente y explotar las propiedades inusuales resultantes de pequeñas escalas. En microfluídica, algunas de estas propiedades inusuales incluyen flujo laminar, tensión superficial, humectación eléctrica, relajación térmica rápida, cargas superficiales eléctricas y difusión. Por ejemplo, en cámaras de fluido con tamaños menores de aproximadamente medio milímetro, el flujo es laminar, lo que significa que dos canales convergentes no pueden mezclarse a través de la turbulencia, como en la macroescala, y en su lugar deben mezclarse a través de la difusión. Hay muchos otros ejemplos de leyes de escala aquí.

Cuando se retienen ciertas propiedades independientemente de la escala, se llama escala invariante . Los ejemplos incluyen cualquier cosa que ocurra en escalas de todos los tamaños, incluido el fenómeno de avalanchas, desgaste en aisladores eléctricos, filtración de fluidos a través de medios desordenados y la difusión de moléculas en solución. A medida que aprendemos más sobre física y mecánica, descubrimos nuevos e interesantes fenómenos invariantes de escala. En general, la mayoría de las propiedades físicas varían con la escala.