Vad är skallagar?

Skalningslagar är ett begrepp inom vetenskap och teknik. Den hänvisar till variabler som förändras drastiskt beroende på skalan (storleken) som beaktas. Om du till exempel försökte bygga ett 50-ton gruvfordon med samma tekniska antaganden som en 2-ton bil, skulle du förmodligen hamna med ett fordon som inte ens kör. Uttrycket "skalningslagar" visas ofta när man överväger konstruktionen av en konstruktion som är ovanligt stor eller liten, så att noggrann tanke är nödvändig för att utvidga principer för konstruktioner i typstorlek till konstruktioner som är ovanligt stora.

Vissa skallagar är enkla. Till exempel "för en tredimensionell konstruktion ökar volymen med kuben med linjära dimensioner." Detta betyder helt enkelt att för varje tio gånger ökning i linjära dimensioner ökar konstruktionens volym med en faktor 1000. Detta är betydelsefullt för att utforma maskiner eller konstruktioner: om du ville fördubbla kapaciteten för ett vattentorn, skulle du bara öka dess linjära dimensioner med några tiotal procent, snarare än att fördubbla dem. Enkelt men sant.

Det finns mer komplexa variationer av skallagar. Några av de mest intressanta manifestationerna av skalningslagar finns inom områdena mikroteknologi och nanoteknologi, där ingenjörer måste både hantera och utnyttja ovanliga egenskaper som är resultatet av små skalor. I mikrofluidikmedel inkluderar några av dessa ovanliga egenskaper laminärt flöde, ytspänning, elvätning, snabb termisk avslappning, elektriska ytladdningar och diffusion. Till exempel, i vätskekammare med storlekar mindre än ungefär en halv millimeter, är flödet laminärt, vilket innebär att två konvergerande kanaler inte kan blandas genom turbulens, som i makroskalan, och i stället måste blandas genom diffusion. Det finns många andra exempel på skalningslagar här.

När vissa egenskaper bibehålls oavsett skala, kallas det skala invariant . Exempel inkluderar allt som förekommer på alla storleksskalor, inklusive fenomenet laviner, slitage i elektriska isolatorer, perkolering av vätskor genom störande media och diffusion av molekyler i lösning. När vi lär oss mer om fysik och mekanik upptäcker vi intressanta nya skal-invarianta fenomen. I allmänhet varierar de flesta fysiska egenskaper med skalan.