Lois d'échelle
sont un concept en sciences et en génie. Il se réfère à des variables qui
changent radicalement en fonction de l'échelle (taille) étant pris en compte.
Par exemple, si vous avez essayé de construire un véhicule minier de 50 tonnes
utilisant les mêmes hypothèses d'ingénierie comme une voiture de 2 tonnes, vous
auriez probablement se retrouver avec un véhicule qui ne fonctionne pas encore.
Le terme "lois d'échelle" apparaît souvent lors de l'examen de la
conception d'une construction qui est inhabituellement grand ou petit, de sorte
que réflexion est nécessaire d'étendre les principes de constructions typiques
de taille des constructions anormalement entreprises.
Certaines lois
d'échelle sont simples. Par exemple, "pour une construction en trois
dimensions, le volume augmente avec le cube de dimensions linéaires." Cela
signifie simplement que, pour chaque 10 fois augmenter dans les dimensions
linéaires, le volume augmente de la construction par un facteur de 1000. Ceci
est important pour la conception de machines ou de structures: si vous voulez
doubler la capacité d'un château d'eau, que vous augmentez seulement ses
dimensions linéaires par quelques dizaines de pour cent, plutôt que de les
doubler. Simple mais vrai.
Il y a des
variations plus complexes de lois d'échelle. Certaines des manifestations les
plus intéressantes de lois d'échelle sont trouvés dans les domaines de la
microtechnique et des nanotechnologies, où les ingénieurs doivent à la fois
faire face et à exploiter des propriétés inhabituelles résultant de petites
échelles. Dans la microfluidique, certaines de ces propriétés inhabituelles
comprennent écoulement laminaire, la tension de surface, électromouillage,
relaxation thermique rapide, des charges de surface électrique, et la diffusion.
Par exemple, dans des chambres de fluide avec des tailles plus petites que sur
un demi-millimètre, l'écoulement est laminaire, ce qui signifie que deux canaux
convergents peuvent pas mélanger par turbulence, comme sur la macro-échelle, et
doivent plutôt mélanger par diffusion. Il existe de nombreux autres exemples de
lois d'échelle ici.
Lorsque
certaines propriétés sont conservées indépendamment de l'échelle, il est appelé
échelle invariant. Les exemples incluent tout ce qui se produit sur toutes les
échelles de taille, y compris le phénomène des avalanches, l'usure dans les
isolants électriques, la percolation de fluides à travers les milieux
désordonnés, et la diffusion des molécules en solution. Comme nous en apprenons
plus sur la physique et de la mécanique, nous découvrons de nouveaux phénomènes
à l'échelle invariante intéressants. En général, la plupart des propriétés
physiques varient en fonction de l'échelle.
