Hva er dimensjoneringsreglene?

October 25  by Eliza

Skalering lover er et konsept i vitenskap og engineering. Det refererer til variabler som endres drastisk avhengig av skalaen (størrelse) blir vurdert. For eksempel, hvis du prøvde å bygge en 50-tonns gruvedrift kjøretøy med de samme tekniske forutsetninger som en to-tonns bil, ville du sannsynligvis ende opp med en bil som ikke engang kjøre. Begrepet "skalering lover" vises ofte når de vurderer utformingen av en konstruksjon som er usedvanlig stor eller liten, slik at forsiktig tanke er nødvendig å utvide prinsippene for typiske store konstruksjoner til uvanlig store konstruksjoner.

Noen dimensjoneringsreglene er enkle. For eksempel kan "for en tre-dimensjonal konstruksjon, volum øker med tredje potens av lineære dimensjoner." Dette betyr ganske enkelt at for hver 10 ganger økning i lineære dimensjoner, den konstruere volumøkninger med en faktor på 1000. Dette er viktig for å designe maskiner eller strukturer: hvis du ønsket å doble kapasiteten på et vanntårn, du vil bare øke sin lineære dimensjoner av et par dusin prosent, i stedet for å doble dem. Enkel, men sant.

Det er mer komplekse varianter av skalering lover. Noen av de mest interessante manifestasjoner av skalering lover blir funnet i områdene mikroteknologi og nanoteknologi, hvor ingeniørene må både takle og utnytte uvanlige egenskaper som følge av små skjell. I MicroFluidics, noen av disse uvanlige egenskaper inkluderer laminær, overflatespenning, electrowetting, rask termisk avslapping, elektriske overflateladninger, og diffusjon. For eksempel, i fluidkamrene med størrelser mindre enn omtrent en halv millimeter, er laminær strømning, noe som betyr at to konvergerende kanaler som ikke kan blande seg gjennom turbulens, som på makroskala, og må i stedet blandes via diffusjon. Det finnes mange andre eksempler på skalering lover her.

Når visse egenskaper er beholdt uavhengig av skalaen, det kalles skala invariant. Eksempler på dette er noe som skjer på alle størrelse skalaer, inkludert fenomenet snøskred, slitasje på elektriske isolatorer, filtrering av væsker gjennom uordnede media, og diffusjon av molekyler i løsning. Som vi lærer mer om fysikk og mekanikk, oppdager vi nye interessante skala-invariant fenomener. Generelt, de fleste fysiske egenskaper varierer med skala.