Što su zakoni o skaliranju?

Zakoni skaliranja su koncept u znanosti i inženjerstvu. Odnosi se na varijable koje se drastično mijenjaju ovisno o mjerilu (veličini) koja se razmatra. Na primjer, ako pokušate izraditi rudarsko vozilo od 50 tona koristeći iste inženjerske pretpostavke kao i automobil od 2 tone, vjerojatno biste završili s vozilom koje čak ni ne radi. Pojam “zakoni skaliranja” često se pojavljuje kada se razmatra dizajn konstrukcije koja je neobično velika ili mala, tako da je potrebno pažljivo razmisliti kako bi se načela konstrukata tipične veličine proširila na konstrukte neobične veličine.

Neki zakoni o skaliranju su jednostavni. Na primjer, “za trodimenzionalni konstrukt, volumen se povećava s kockom linearnih dimenzija.” To jednostavno znači da se za svakih 10 puta povećanja linearnih dimenzija volumen konstrukcije povećava za faktor 1000. To je značajno za projektiranje strojeva ili struktura: ako želite udvostručiti kapacitet vodotornja, samo biste povećali njegov linearne dimenzije za nekoliko desetaka posto, umjesto da ih udvostruče. Jednostavno, ali istinito.

Postoje složenije varijacije zakona o skaliranju. Neke od najzanimljivijih manifestacija zakona skaliranja nalaze se u područjima mikrotehnologije i nanotehnologije, gdje se inženjeri moraju nositi s neobičnim svojstvima koja proizlaze iz malih razmjera i iskoristiti ih. U mikrofluidici, neka od ovih neobičnih svojstava uključuju laminarni tok, površinsku napetost, elektrokvašenje, brzu toplinsku relaksaciju, električne površinske naboje i difuziju. Na primjer, u fluidnim komorama veličine manjih od oko pola milimetra, tok je laminaran, što znači da se dva konvergentna kanala ne mogu miješati kroz turbulenciju, kao na makro skali, već se moraju miješati difuzijom. Ovdje postoje mnogi drugi primjeri zakona o skaliranju.

Kada se određena svojstva zadrže bez obzira na ljestvicu, to se naziva invarijantnom skale. Primjeri uključuju sve što se događa na svim ljestvicama veličine, uključujući fenomen lavina, trošenje električnih izolatora, perkolaciju tekućina kroz neuređene medije i difuziju molekula u otopini. Dok učimo više o fizici i mehanici, otkrivamo zanimljive nove fenomene nepromjenjive skale. Općenito, većina fizikalnih svojstava varira ovisno o mjerilu.