スケーリング則とは何ですか？

スケーリング法則は、科学と工学の概念です。 考慮されるスケール（サイズ）に応じて大幅に変化する変数を指します。 たとえば、2トン車と同じ工学的仮定を使用して50トンの採掘車両を構築しようとすると、おそらく走行さえしない車両になってしまいます。 「スケーリング則」という用語は、異常に大きいまたは小さい構造の設計を検討するときによく現れます。そのため、典型的なサイズの構造の原理を異常なサイズの構造に拡張するには慎重に考える必要があります。

いくつかのスケーリング則は単純です。 たとえば、「3次元構造の場合、体積は線形次元の立方体とともに増加します」。 これは、単純に、直線寸法が10倍増加するごとに、構造の体積が1000倍増加することを意味します。これは、機械または構造の設計にとって重要です。直線寸法を2倍にするのではなく、数十パーセントにします。 シンプルだが本当。

スケーリング則にはさらに複雑なバリエーションがあります。 スケーリング法則の最も興味深い兆候のいくつかは、技術者が小規模から生じる異常な特性に対処し、活用しなければならないマイクロテクノロジーとナノテクノロジーの分野で見られます。 マイクロフルイディクスでは、これらの異常な特性には、層流、表面張力、エレクトロウェッティング、高速熱緩和、表面電荷、および拡散が含まれます。 たとえば、約0.5ミリメートルより小さいサイズの流体チャンバーでは、流れは層流です。つまり、2つの収束チャネルはマクロスケールのように乱流を介して混合することはできず、代わりに拡散によって混合する必要があります。 ここにスケーリング則の他の多くの例があります。

特定のプロパティがスケールに関係なく保持される場合、 スケール不変と呼ばれます。 例には、雪崩の現象、電気絶縁体の損耗、無秩序な媒体を介した流体の浸透、溶液中の分子の拡散など、あらゆる規模で発生するものが含まれます。 物理学と力学についてさらに学習するにつれて、興味深い新しいスケール不変現象を発見します。 一般に、ほとんどの物理的特性はスケールによって異なります。