Eyfel Kulesi her yaz daha da büyüyor

Bugün Eyfel Kulesi olarak bildiğimiz kulenin ilk adı, 300 metre tur, mühendisler Koechlin ve Nougier’in anıtın mimarı Gustave Eiffel’e sunduğu projede yer alıyor. Bu isim, bir yükseklik rekoru kıracak teknolojik bir meydan okuma olan olağanüstü bir inşaat gerçekleştirme isteğini zaten öngörmüştü. Çarpıcı olan şu ki, her yıl olduğu gibi tam da yazın ortasında Eyfel Kulesi büyüyor.

Son derece hafif bir demir yapı

Eyfel Kulesi, mimar Sauvestre tarafından yapılan estetik bir rötuştan sonra, Fransız Devrimi’nin yüzüncü yılı anısına 1889’daki evrensel sergide yükseltildi.

Eiffel, inşaatı için aşina olduğu ve önceki çalışmalarında iyi bir etki için kullandığı bir malzeme olan su birikintili demiri seçti. Büyük ve çok hafif bir kulenin kurulmasına imkan verecek mekanik kapasitesi yüksek, yatay rüzgar hareketlerine karşı emniyetli ve sınırlı kendi ağırlığına sahip çelik malzemedir.

Eyfel Kulesi ayrıcalıklı bir gözlem yeri ve radyo yayıncılığı için bir destek olmalıdır. Şu anki ağırlığı yaklaşık 7.300 ton, onu içeren paralel yüzlü havanın ağırlığına (yaklaşık 6.300 ton) yakın, bu da hafifliği hakkında bir fikir veriyor.

Kule, yine aynı dönemden Garabit viyadüğü (Eyfel ofisinden) veya Forth üzerindeki köprü gibi üçgen şeklinde devasa bir kafes yapısıdır.

Malzemenin sıcaklığı arttığında hepsi büyüme yaşar. Ve daha karmaşık davranan köprülerin aksine, Eyfel Kulesi sıcaklıktaki değişiklikler nedeniyle öncelikle dikey büyüme ve düşüş yaşıyor. Bu fenomen termal genleşme olarak bilinir.

Genişleme neden olur? Tüm malzemelerde aynı mıdır?

Çoğu katı maddenin sıcaklık arttığında arttığını ve sıcaklık düştüğünde azaldığını biliyoruz. Bunun nedeni, sıcaklıktaki artışın atomlarda daha büyük bir çalkalanmaya neden olması ve bunun da aralarındaki ortalama ayrılma mesafesinde bir artışa yol açmasıdır. Bağın doğasına bağlı olarak, farklı katı aileleri, büyük bir özenle karakterize ettiğimiz daha fazla veya daha az büyüme yaşarlar. Böylece, daha güçlü bağlara sahip seramikler ve camlar, metal olanlardan daha az genleşir ve bunlar da polimerlerden daha az genleşir.

Peki bir katıdaki hareketin büyüklüğünü nasıl tahmin edebiliriz? Elemanlar doğrusal tipte olduğunda – kirişlerin, desteklerin veya çubukların kolayca bulunabildiği kamu ve mimari işlerde olduğu gibi – hareket üç parametreyle orantılıdır: çubuğun uzunluğu, sıcaklığındaki artış veya azalma ve kullanılan malzemenin doğrusal genleşme katsayısı.

bir saç kalınlığı

Birçok seramik malzemenin genleşme katsayıları genellikle 0,5×10⁻⁶ ve 1,5×10⁻⁶ (℃)⁻¹ arasında değişirken, metaller 5×10⁻⁶ ve 30×10⁻⁶ (℃)⁻¹ arasında ve polimerler 50×10⁻⁶ ve 300×10 arasında değişir. ⁻⁶ (℃)⁻¹. Bu garip sayı, sıcaklık bir santigrat derece yükseldiğinde birim uzunluktaki bir çubuğun yaşadığı büyümeyi gösterir.

Bu nedenle, en genleşebilen malzemeler, metallerden yaklaşık on kat ve seramikten on kat daha fazla genleşen polimerlerdir.

Eyfel Kulesi’ni oluşturan buğulanmış demirin veya çeliklerin 12×10⁻⁶ (℃)⁻¹’ye yakın bir katsayıya sahip olduğunu söylediğimizde, bir metre uzunluğundaki bir demir çubuk 12×10⁻⁶ metrelik bir büyüme yaşıyor demektir. sıcaklığı bir derece artırın. Yani, ancak bir düzine mikron, bir saç kalınlığından daha kısa bir uzunluk.

Peki ısı bayındırlık işleri üzerinde hissedilir bir etki yaratıyor mu? Evet, dikkate alınması gereken iki parametre daha olduğunu hesaba katarsak: elementin uzunluğu ve aralarında olduğunu düşündüğümüz sıcaklık aralığı.

Uzunluk çok uzun olabilir. Eyfel Kulesi 300 m yüksekliğinde, Garabit viyadüğü 565 m uzunluğunda ve Forth üzerindeki köprü 2,5 km’den az değil. Ve elbette, birçok köprünün desteklediği demiryolu hattının raylarından bahsetmiyorum bile, daha büyük doğrusal geliştirme çalışmalarını biliyoruz.

Sıcaklık aralığı da analiz edilmelidir ve gelecekte kaydedilen minimum ve maksimum sıcaklıklar aşılsa bile tarihsel olarak yapılmalıdır. Paris’te, kış minimumları -20 ⁰C’nin altında ve yaz maksimumları 40 ⁰C civarında olmak üzere iki yüzyıldan fazla bir süredir kaydedilmiştir. Ek olarak, radyasyonun etkisini de hesaba katmalıyız ve metalik malzemelerin güneş altında 60 ⁰C veya 70 ⁰C’yi geçebilen daha yüksek sıcaklıklarda bulunabileceğinin farkındayız.

Kule güneşten uzaklaşmış gibi hafif bir eğrilik

Şimdi egzersizi yapalım. Tahminlerimizi yapmak için 100 ⁰C aralığını dikkate alıyoruz. Böylece, sıcaklık 100 ⁰C civarında dalgalandığında 100 metre uzunluğundaki basit bir metal çubuğun büyümesini tahmin edebilir miyiz?

Hesap basit. Sıcaklık bir derece yükseldiğinde bir metrelik bir çubuk 0,000012 metre büyürse, 100 metrelik bir çubuk sıcaklık 100 derece arttıkça 0,12 metre büyür. Ve 300 metre bunu üç kat daha fazla yapar: 0,36 metre. Yani 36 cm’dir. Bu gerçekten dikkate değer bir uzunluktur.

Basit bir çubuk ile her yöne perçinlenmiş ve yönlendirilmiş 18.000’den fazla demir parçasından yapılmış bir kulenin davranışının aynı olmadığı açıktır. Ek olarak, güneş her zaman bir tarafına düşer, böylece bir yüzü diğerlerinden daha fazla büyür, bu da deformasyonunu sınırlar ve sanki güneşten uzaklaşıyormuş gibi kulede hafif bir eğrilik oluşturur.

Çeşitli yazarlar, Eyfel Kulesi’nin soğuk kış günlerinde en sıcak yaz günleriyle karşılaştırıldığında, aslında 12 ila 15 santimetre arasında büyüdüğünü tahmin ediyor. Bu da demek oluyor ki, Parislilerin bu anıtta bir iletişim kulesi olmasının yanı sıra devasa bir termometresi var.