O que são leis de dimensionamento?

Leis de escala são um conceito em ciência e engenharia. Refere-se a variáveis ​​que mudam drasticamente, dependendo da escala (tamanho) que está sendo considerada. Por exemplo, se você tentasse construir um veículo de mineração de 50 toneladas usando as mesmas premissas de engenharia de um carro de 2 toneladas, provavelmente acabaria com um veículo que nem sequer roda. O termo "leis de escala" geralmente aparece quando se considera o design de uma construção que é extraordinariamente grande ou pequena, de modo que é necessário um pensamento cuidadoso para estender os princípios de construções de tamanho típico para construções de tamanho incomum.

Algumas leis de dimensionamento são simples. Por exemplo, "para uma construção tridimensional, o volume aumenta com o cubo de dimensões lineares". Isso significa simplesmente que, para cada aumento de 10 vezes em dimensões lineares, o volume da construção aumenta em um fator de 1000. Isso é significativo para projetar máquinas ou estruturas: se você quisesse duplicar a capacidade de uma torre de água, aumentaria apenas sua dimensões lineares em algumas dezenas de por cento, em vez de dobrá-las. Simples, mas verdadeiro.

Existem variações mais complexas das leis de escala. Algumas das manifestações mais interessantes das leis de escala estão sendo encontradas nas áreas de microtecnologia e nanotecnologia, onde os engenheiros precisam lidar e explorar propriedades incomuns resultantes de pequenas escalas. Na microfluídica, algumas dessas propriedades incomuns incluem fluxo laminar, tensão superficial, eletrodeposição, relaxamento térmico rápido, cargas elétricas na superfície e difusão. Por exemplo, em câmaras de fluido com tamanhos menores que cerca de meio milímetro, o fluxo é laminar, o que significa que dois canais convergentes não podem se misturar através da turbulência, como na macroescala, e devem se misturar através da difusão. Existem muitos outros exemplos de leis de escala aqui.

Quando certas propriedades são mantidas independentemente da escala, isso é chamado de invariante da escala . Os exemplos incluem tudo o que ocorre em todas as escalas de tamanho, incluindo o fenômeno de avalanches, desgaste em isoladores elétricos, percolação de fluidos através de meios desordenados e a difusão de moléculas em solução. À medida que aprendemos mais sobre física e mecânica, descobrimos novos fenômenos interessantes e invariantes em escala. Em geral, a maioria das propriedades físicas varia com a escala.