Hva er skaleringslover?

Skaleringslover er et begrep innen vitenskap og ingeniørfag. Den viser til variabler som endres drastisk avhengig av skalaen (størrelsen) som vurderes. Hvis du for eksempel prøvde å bygge et 50 tonn gruvekjøretøy med de samme tekniske forutsetningene som en 2 tonns bil, vil du sannsynligvis ende opp med et kjøretøy som ikke en gang kjører. Begrepet "skaleringslover" vises ofte når man vurderer utformingen av en konstruksjon som er uvanlig stor eller liten, slik at nøye tanker er nødvendige for å utvide prinsippene for konstruksjoner i typisk størrelse til konstruksjoner som er uvanlig store.

Noen skaleringslover er enkle. For eksempel, "for en tredimensjonal konstruksjon, øker volumet med kuben med lineære dimensjoner." Dette betyr ganske enkelt at for hver tiende gang økning i lineære dimensjoner øker konstruksjonsvolumet med en faktor 1000. Dette er viktig for å designe maskiner eller konstruksjoner: Hvis du ønsket å doble kapasiteten til et vanntårn, ville du bare øke dens lineære dimensjoner med noen få dusin prosent, i stedet for å doble dem. Enkelt, men sant.

Det er mer komplekse varianter av skaleringslover. Noen av de mest interessante manifestasjonene av skaleringslover finnes innen områdene mikroteknologi og nanoteknologi, der ingeniører både må takle og utnytte uvanlige egenskaper som følge av små skalaer. I mikrofluidika inkluderer noen av disse uvanlige egenskapene laminær strømning, overflatespenning, elektrowetting, rask termisk avslapning, elektriske overflateladninger og diffusjon. For eksempel i fluidkamre med størrelser mindre enn omtrent en halv millimeter, er strømmen laminær, noe som betyr at to konvergerende kanaler ikke kan blandes gjennom turbulens, som i makroskala, og i stedet må blandes gjennom diffusjon. Det er mange andre eksempler på skaleringslover her.

Når visse egenskaper beholdes uavhengig av skalaen, kalles det skala invariant . Eksempler inkluderer alt som forekommer i alle målestokker, inkludert fenomenet snøskred, slitasje i elektriske isolatorer, perkolering av væsker gjennom forstyrrede medier og diffusjon av molekyler i løsning. Når vi lærer mer om fysikk og mekanikk, oppdager vi interessante nye skala-invariante fenomener. Generelt varierer de fleste fysiske egenskaper med skalaen.