Kas yra mastelio dėsniai?

Mastelio dėsniai yra mokslo ir inžinerijos samprata. Tai reiškia kintamuosius, kurie drastiškai keičiasi priklausomai nuo svarstomo masto (dydžio). Pavyzdžiui, jei bandytumėte sukurti 50 tonų sveriančią kalnakasybos transporto priemonę remdamiesi tomis pačiomis inžinerinėmis prielaidomis kaip ir 2 tonų sveriančiam automobiliui, greičiausiai gautumėte transporto priemonę, kuri net nevažiuoja. Sąvoka „mastelio dėsniai“ dažnai atsiranda svarstant neįprastai didelės ar mažos konstrukcijos dizainą, todėl reikia gerai apgalvoti, kad tipinio dydžio konstrukcijų principai būtų taikomi ir neįprasto dydžio konstrukcijoms.

Kai kurie mastelio keitimo dėsniai yra paprasti. Pavyzdžiui, „trimatėje konstrukcijoje tūris didėja didėjant tiesinių matmenų kubu“. Tai paprasčiausiai reiškia, kad kas 10 kartų padidėjus tiesiniams matmenims, konstrukcijos tūris padidėja 1000 kartų. Tai svarbu projektuojant mašinas ar konstrukcijas: jei norėtumėte dvigubai padidinti vandens bokšto talpą, tik padidintumėte jį. tiesinius matmenis keliomis dešimtimis procentų, o ne padvigubinti. Paprasta, bet tiesa.

Yra sudėtingesnių mastelio dėsnių variantų. Kai kurios įdomiausios mastelio dėsnių apraiškos aptinkamos mikrotechnologijų ir nanotechnologijų srityse, kur inžinieriai turi susidoroti su neįprastomis savybėmis, atsirandančiomis dėl mažų mastelių, ir jas išnaudoti. Mikrofluidikoje kai kurios iš šių neįprastų savybių apima laminarinį srautą, paviršiaus įtempimą, elektrinį drėkinimą, greitą terminį atsipalaidavimą, elektrinius paviršiaus krūvius ir difuziją. Pavyzdžiui, skysčio kamerose, kurių dydis yra mažesnis nei maždaug pusė milimetro, srautas yra laminarinis, o tai reiškia, kad du susiliejantys kanalai negali susimaišyti dėl turbulencijos, kaip makro skalėje, o turi maišytis per difuziją. Čia yra daug kitų mastelio keitimo dėsnių pavyzdžių.

Kai tam tikros savybės išsaugomos nepriklausomai nuo mastelio, tai vadinama skalės invariantu. Pavyzdžiai apima viską, kas vyksta bet kokio dydžio skalėje, įskaitant lavinų reiškinį, elektros izoliatorių nusidėvėjimą, skysčių prasiskverbimą per netvarkingą terpę ir molekulių difuziją tirpale. Kai sužinome daugiau apie fiziką ir mechaniką, atrandame įdomių naujų masto nekintamų reiškinių. Apskritai, dauguma fizinių savybių skiriasi priklausomai nuo masto.