Quali sono le leggi di ridimensionamento?

Le leggi di scala sono un concetto nella scienza e nell'ingegneria. Si riferisce a variabili che cambiano drasticamente a seconda della scala (dimensione) considerata. Ad esempio, se provassi a costruire un veicolo da miniera da 50 tonnellate utilizzando le stesse ipotesi ingegneristiche di un'auto da 2 tonnellate, probabilmente finiresti con un veicolo che non corre nemmeno. Il termine "leggi di ridimensionamento" appare spesso quando si considera la progettazione di un costrutto insolitamente grande o piccolo, quindi è necessario un attento pensiero per estendere i principi di costrutti di dimensioni tipiche a costrutti di dimensioni insolite.

Alcune leggi sul ridimensionamento sono semplici. Ad esempio, "per un costrutto tridimensionale, il volume aumenta con il cubo di dimensioni lineari". Ciò significa semplicemente che per ogni aumento di 10 volte delle dimensioni lineari, il volume della costruzione aumenta di un fattore 1000. Ciò è significativo per la progettazione di macchine o strutture: se si volesse raddoppiare la capacità di una torre d'acqua, si aumenterebbe solo la sua quote lineari di alcune decine per cento, piuttosto che raddoppiarle. Semplice ma vero

Esistono variazioni più complesse delle leggi di ridimensionamento. Alcune delle manifestazioni più interessanti delle leggi sul ridimensionamento si trovano nelle aree della microtecnologia e della nanotecnologia, in cui gli ingegneri devono sia far fronte che sfruttare proprietà insolite derivanti da piccole scale. Nella microfluidica, alcune di queste proprietà insolite includono flusso laminare, tensione superficiale, elettro-assorbimento, rapido rilassamento termico, cariche elettriche superficiali e diffusione. Ad esempio, nelle camere fluide con dimensioni inferiori a circa mezzo millimetro, il flusso è laminare, il che significa che due canali convergenti non possono mescolarsi attraverso la turbolenza, come sulla macro-scala, e devono invece mescolarsi attraverso la diffusione. Ci sono molti altri esempi di leggi di ridimensionamento qui.

Quando alcune proprietà vengono mantenute indipendentemente dalla scala, viene chiamata scala invariante . Gli esempi includono tutto ciò che si verifica su tutte le dimensioni, incluso il fenomeno delle valanghe, l'usura degli isolanti elettrici, la percolazione dei fluidi attraverso mezzi disordinati e la diffusione di molecole in soluzione. Man mano che impariamo di più sulla fisica e sulla meccanica, scopriamo interessanti nuovi fenomeni invarianti su scala. In generale, la maggior parte delle proprietà fisiche variano con la scala.