Turnul Eiffel devine mai mare în fiecare vară – iată de ce

Structura cunoscută astăzi sub numele de Turnul Eiffel a fost denumită inițial Tour de 300 mèters, turnul de 300 de metri. Numele a fost propus de inginerii Maurice Koechlin și Émile Nougier lui Gustave Eiffel, care a supravegheat construcția turnului. Acesta sugera dorința de a construi ceva extraordinar, o realizare tehnologică care să stabilească un nou record de înălțime.

Cu toate acestea, pe măsură ce temperaturile cresc în lunile de vară, Turnul Eiffel devine chiar mai înalt decât în proiectul inițial.

O structură ușoară din fier

Turnul Eiffel a fost ridicat la Expoziția Universală din 1889 pentru a comemora centenarul Revoluției Franceze.

Eiffel a ales fierul pudlat pentru construcția sa, un material pe care îl cunoștea bine și pe care îl folosise în proiecte anterioare cu rezultate bune. Acest material feros poate rezista la niveluri ridicate de stres, ceea ce a permis construirea unui turn mare, foarte ușor, care să fie ferit de forțele vântului orizontal.

Pentru a vă face o idee despre cât de ușor este turnul, greutatea sa de 7.300 de tone este apropiată de greutatea volumului de aer conținut în interiorul său – aproximativ 6.300 de tone.

Turnul Eiffel a fost conceput pentru a fi un punct de observație principal, precum și o bază pentru transmisiile radio. Turnul în sine este o structură gigantică triunghiulară, asemănătoare cu viaductul Garabit (proiectat tot de biroul lui Eiffel) și podul Forth din Scoția, ambele din aceeași perioadă.

Toate aceste structuri se dilată atunci când temperatura materialului crește. Cu toate acestea, spre deosebire de poduri, care se comportă într-un mod mai complex, Turnul Eiffel se dilată și se contractă în principal pe verticală, din cauza schimbărilor de temperatură. Acest fenomen este cunoscut sub numele de dilatare termică.

Materiale care se dilată și se contractă

Știm că majoritatea solidelor se dilată atunci când temperatura crește și se contractă atunci când aceasta scade. Acest lucru se datorează faptului că o creștere a temperaturii provoacă o agitație mai mare a atomilor, ceea ce duce la o creștere a distanței medii dintre aceștia.

În funcție de natura legăturii, diferite tipuri de solide se dilată mai mult sau mai puțin, iar inginerii trebuie să înregistreze acest lucru cu mare atenție. Ceramica și sticla, cu legături mai puternice, se dilată mai puțin decât metalele, care la rândul lor se dilată mai puțin decât polimerii.

Deci, cum putem estima cantitatea de mișcare într-un solid? Când elementele sunt drepte – cum este cazul în majoritatea lucrărilor publice și arhitecturale, unde predomină grinzile și barele – mișcarea este proporțională cu trei parametri: lungimea elementului, schimbarea temperaturii sale și coeficientul de dilatare al materialului.

O lățime de fir de păr

Multe materiale ceramice au, de obicei, coeficienți de dilatare cuprinși între 0,5×10⁻⁶ și 1,5×10⁻⁶ (°C) ⁻¹, în timp ce metalele au coeficienți cuprinși între 5×10⁻⁶ și 30×10⁻⁶ (°C)⁻¹, iar polimerii între 50×10⁻⁶ și 300×10⁻⁶ (°C)⁻¹. Aceste cifre (poate ciudate) indică creșterea unei unități de lungime standard atunci când temperatura crește cu un grad Celsius.

Cele mai expandabile materiale sunt polimerii, care se dilată de aproximativ zece ori mai mult decât metalele, iar metalele se dilată de zece ori mai mult decât ceramica.

Fierul topit utilizat în Turnul Eiffel și componentele sale din oțel au un coeficient de aproximativ 12×10⁻⁶ (°C)⁻¹, ceea ce înseamnă că o bară de fier de un metru lungime se dilată cu 12×10⁻⁶ metri atunci când temperatura crește cu un grad. Aceasta reprezintă doar o duzină de microni, mai puțin decât grosimea unui fir de păr uman.

Deci, căldura are vreun efect vizibil asupra clădirilor? Da, dacă luăm în considerare faptul că există alți doi parametri de luat în calcul: lungimea elementului și intervalul de temperatură în care se află.

Lungimea poate fi foarte mare. Turnul Eiffel are o înălțime de 300 m, dar viaductul Garabit are o lungime de 565 m, iar podul Forth are o lungime de peste 2,5 km. În prezent, există multe structuri liniare mai mari, iar dilatarea termică afectează și șinele de cale ferată pe care sunt construite multe poduri.

Trebuie analizate și intervalele istorice de temperatură. Parisul înregistrează temperaturile de peste două secole, cu minime de iarnă sub -20 °C și maxime de vară de aproximativ 40 °C. Trebuie să luăm în considerare și efectul radiației solare – metalele pot atinge temperaturi mult mai ridicate în lumina directă a soarelui, depășind adesea 60 °C sau 70 °C.

Îndepărtarea de soare

Acum, să facem calculele. Vom estima cât se dilată o bară metalică simplă de 100 de metri lungime când temperatura fluctuează cu 100 °C – intervalul aproximativ înregistrat de Turnul Eiffel.

Calculul este simplu. Dacă o bară de un metru se dilată cu 0,000012 metri când temperatura crește cu un grad, o bară de 100 de metri se dilată cu 0,12 metri când temperatura crește cu 100 de grade. Iar o bară de 300 de metri s-ar dilata de trei ori mai mult: 0,36 metri. Adică 36 cm. Aceasta este o diferență vizibilă.

Evident, o bară simplă nu se comportă la fel ca un turn format din peste 18.000 de piese de fier nituite orientate în toate direcțiile. În plus, soarele strălucește întotdeauna pe una dintre laturile sale. Acest lucru înseamnă că una dintre fețele sale crește mai mult decât celelalte, provocând o ușoară curbură a turnului, ca și cum s-ar înclina departe de soare.

Specialiștii au estimat că Turnul Eiffel crește de fapt între 12 și 15 centimetri atunci când se compară dimensiunea sa în zilele reci de iarnă cu cea din zilele cele mai calde de vară. Acest lucru înseamnă că, pe lângă faptul că este un punct de reper, un turn de comunicații și un simbol al Parisului însuși, Turnul Eiffel este, de fapt, și un termometru gigant.