Skalierungsgesetze sind ein Konzept in Wissenschaft und Technik. Es bezieht sich auf Variablen, die sich je nach betrachtetem Maßstab (Größe) drastisch ändern. Wenn Sie beispielsweise versuchen, ein 50-Tonnen-Bergbaufahrzeug mit den gleichen technischen Annahmen wie ein 2-Tonnen-Auto zu bauen, würden Sie wahrscheinlich ein Fahrzeug erhalten, das nicht einmal fährt. Der Begriff „Skalierungsgesetze“ taucht häufig auf, wenn man über den Entwurf eines ungewöhnlich großen oder kleinen Konstrukts nachdenkt, so dass sorgfältige Überlegung erforderlich ist, um die Prinzipien von Konstrukten typischer Größe auf ungewöhnlich große Konstrukte auszuweiten.
Einige Skalierungsgesetze sind einfach. Zum Beispiel: „Bei einem dreidimensionalen Konstrukt nimmt das Volumen mit dem Kubus der linearen Dimensionen zu.“ Dies bedeutet einfach, dass sich das Volumen des Konstrukts bei jeder 10-fachen Vergrößerung der linearen Abmessungen um den Faktor 1000 erhöht. Dies ist für die Konstruktion von Maschinen oder Strukturen von Bedeutung: Wenn Sie die Kapazität eines Wasserturms verdoppeln möchten, erhöhen Sie nur seine lineare Abmessungen um ein paar Dutzend Prozent, anstatt sie zu verdoppeln. Einfach aber wahr.
Es gibt komplexere Variationen von Skalierungsgesetzen. Einige der interessantesten Erscheinungsformen von Skalierungsgesetzen finden sich in den Bereichen Mikro- und Nanotechnologie, wo Ingenieure ungewöhnliche Eigenschaften, die sich aus kleinen Maßstäben ergeben, sowohl bewältigen als auch nutzen müssen. In der Mikrofluidik umfassen einige dieser ungewöhnlichen Eigenschaften laminare Strömung, Oberflächenspannung, Elektrobenetzung, schnelle thermische Relaxation, elektrische Oberflächenladungen und Diffusion. In Fluidkammern mit einer Größe von weniger als etwa einem halben Millimeter ist die Strömung beispielsweise laminar, was bedeutet, dass sich zwei konvergierende Kanäle nicht wie auf der Makroskala durch Turbulenzen vermischen können, sondern sich durch Diffusion vermischen müssen. Es gibt viele andere Beispiele für Skalierungsgesetze hier.
Wenn bestimmte Eigenschaften unabhängig von der Skalierung beibehalten werden, wird dies als skaleninvariant bezeichnet. Beispiele sind alles, was auf allen Größenskalen auftritt, einschließlich des Phänomens von Lawinen, Verschleiß in elektrischen Isolatoren, Perkolation von Flüssigkeiten durch ungeordnete Medien und die Diffusion von Molekülen in Lösung. Wenn wir mehr über Physik und Mechanik lernen, entdecken wir interessante neue skaleninvariante Phänomene. Im Allgemeinen variieren die meisten physikalischen Eigenschaften mit der Skala.