Wat zijn schaalwetten?
Schaalwetten zijn een begrip in wetenschap en techniek. Het verwijst naar variabelen die drastisch veranderen afhankelijk van de schaal (grootte) die wordt overwogen. Als u bijvoorbeeld zou proberen een mijnbouwvoertuig van 50 ton te bouwen met dezelfde technische veronderstellingen als een auto van 2 ton, zou u waarschijnlijk eindigen met een voertuig dat niet eens rijdt. De term "schaalwetten" verschijnt vaak bij het overwegen van het ontwerp van een constructie die ongewoon groot of klein is, zodat zorgvuldig moet worden nagedacht om principes van constructies van typische grootte uit te breiden tot constructies van ongewone grootte.
Sommige schaalwetten zijn eenvoudig. Bijvoorbeeld: "voor een driedimensionaal construct neemt het volume toe met de kubus van lineaire dimensies." Dit betekent eenvoudig dat voor elke 10 keer toename in lineaire afmetingen, het volume van het construct met een factor 1000 toeneemt. Dit is belangrijk voor het ontwerpen van machines of constructies: als u de capaciteit van een watertoren wilt verdubbelen, zou u alleen zijn lineaire dimensies met enkele tientallen procent, in plaats van ze te verdubbelen. Eenvoudig maar waar.
Er zijn meer complexe variaties van schaalwetten. Enkele van de meest interessante uitingen van schaalwetten worden gevonden op het gebied van microtechnologie en nanotechnologie, waar ingenieurs zowel ongebruikelijke eigenschappen als kleine schalen moeten verwerken en exploiteren. In microfluidica omvatten sommige van deze ongebruikelijke eigenschappen laminaire stroming, oppervlaktespanning, elektrowetting, snelle thermische ontspanning, elektrische oppervlakteladingen en diffusie. In vloeistofkamers met afmetingen kleiner dan ongeveer een halve millimeter is de stroom bijvoorbeeld laminair, wat betekent dat twee convergerende kanalen niet door turbulentie kunnen mengen, zoals op macroschaal, en in plaats daarvan door diffusie moeten mengen. Er zijn veel andere voorbeelden van schaalwetten hier.
Wanneer bepaalde eigenschappen behouden blijven, ongeacht de schaal, wordt dit schaalinvariant genoemd. Voorbeelden omvatten alles wat op alle grootteschalen voorkomt, inclusief het fenomeen lawines, slijtage in elektrische isolatoren, percolatie van vloeistoffen door wanordelijke media en de diffusie van moleculen in oplossing. Naarmate we meer leren over natuurkunde en mechanica, ontdekken we interessante nieuwe schaalinvariante fenomenen. Over het algemeen variëren de meeste fysieke eigenschappen met de schaal.