Co to są przepisy dotyczące skalowania?

Prawa skalowania są koncepcją nauki i inżynierii. Odnosi się do zmiennych, które drastycznie zmieniają się w zależności od rozważanej skali (wielkości). Na przykład, jeśli próbowałeś zbudować 50-tonowy pojazd wydobywczy przy użyciu tych samych założeń inżynieryjnych co 2-tonowy samochód, prawdopodobnie skończyłbyś się pojazdem, który nawet nie działa. Termin „prawa skalowania” często pojawia się przy rozważaniu projektu konstruktu, który jest niezwykle duży lub mały, tak że konieczne jest staranne przemyślenie, aby rozszerzyć zasady typowych konstrukcji na niezwykle wielkości konstrukty.

Niektóre prawa skalowania są proste. Na przykład „Dla trójwymiarowego konstruktu objętość wzrasta wraz z kostką o wymiarach liniowych”. Oznacza to po prostu, że na co 10 razy wzrost wymiarów liniowych, objętość konstruktu wzrasta o współczynnik 1000. Jest to znaczące w przypadku projektowania maszyn lub struktur: jeśli chcesz podwoić pojemność wieży wodnej, zwiększasz jej wymiary liniowe o kilka o kilkaTuzin procent, a nie podwajanie ich. Proste, ale prawdziwe.

Istnieją bardziej złożone różnice przepisów dotyczących skalowania. Niektóre z najciekawszych przejawów przepisów dotyczących skalowania znajdują się w obszarach mikrotechnologii i nanotechnologii, w których inżynierowie muszą zarówno poradzić sobie i wykorzystywać niezwykłe właściwości wynikające z małych skal. W mikroprzepływach niektóre z tych nietypowych właściwości obejmują przepływ laminarny, napięcie powierzchniowe, elektrownie, szybkie rozluźnienie termiczne, ładunki powierzchniowe elektryczne i dyfuzję. Na przykład w komorach płynnych o rozmiarach mniejszych niż około pół milimetra przepływ jest laminarny, co oznacza, że ​​dwa zbieżne kanały nie mogą mieszać turbulencji, jak na skali makro, i zamiast tego muszą mieszać dyfuzję. Istnieje tutaj wiele innych przykładów skalowania przepisów.

Gdy pewne właściwości są zachowane bez względu na skalę, nazywa się to niezmiennikiem Skali . Przykłady obejmują wszystko, co występuje we wszystkich skalach wielkości, w tym zjawisko lawin, zużycie w izolatorach elektrycznych, perkolację płynów przez nieuporządkowane pożywkę oraz rozpowszechnianie cząsteczek w roztworze. Kiedy dowiadujemy się więcej o fizyce i mechanice, odkrywamy interesujące nowe zjawiska niezmienne na skalę. Ogólnie rzecz biorąc, większość właściwości fizycznych różni się w zależności od skali.