Sa mëngjes, Kulla Eiffel rritet çdo verë – ja pse

Struktura e njohur sot si Kulla Eiffel u quajt fillimisht Tour de 300 mètres, kulla prej 300 metrash. Emri u propozua nga inxhinierët Maurice Koechlin dhe Émile Nougier për Gustave Eiffel, i cili mbikëqyri ndërtimin e kullës. Ai sugjeroi dëshirën për të ndërtuar diçka të jashtëzakonshme, një arritje teknologjike që do të vendoste një rekord të ri të lartësisë.

Megjithatë, ndërsa temperaturat rriten gjatë muajve të verës, Kulla Eiffel rritet edhe më shumë se sa dizajni i saj fillestar.

Një strukturë e lehtë prej hekuri

Kulla Eiffel u ngrit në Panairin Botëror të 1889 për të përkujtuar qindvjetorin e Revolucionit Francez.

Eiffel zgjodhi hekur të puthur për ndërtimin e saj, një material që e njihte mirë dhe e kishte përdorur në projekte të mëparshme me rezultate të mira. Ky material hekuror mund të përballojë nivel të lartë të stresit, gjë që lejonte ndërtimin e një kulle të madhe, shumë të lehtë, që do të ishte e sigurt nga forcat horizontale të erës.

Për të dhënë një ide se sa e lehtë është kulla, pesha e saj prej 7,300 tonësh është afër peshës së volumit të ajrit të përmbajtur brenda saj – rreth 6,300 tonë.

Ura Eifel ishte menduar të ishte një pikë kryesore e vëzhgimit, si dhe një bazë për transmetimin radio. Vetë ura është një strukturë e madhe e rrjetit trekëndësh, shumë si Viadukti Garabit (po ashtu i projektuar nga zyra e Eiffel-it) dhe Ura Forth në Skoci, të dy nga periudha e njëjtë.

Të gjitha këto struktura rriten kur temperatura e materialit rritet. Megjithatë, ndryshe nga urat, të cilat veprojnë në mënyrë më komplekse, Ura Eiffel përjeton kryesisht rritje dhe tkurrje vertikale për shkak të ndryshimeve në temperaturë. Ky fenomen njihet si zgjerimi termik.

Lexo më shumë: Si u bë Ura Eiffel ikona e kinemasë së heshtur

Materialet që rriten dhe tkurren

Ne e dimë që shumica e sendeve të forta zgjerohen kur rritet temperatura dhe tkurren kur bie. Kjo është sepse një rritje në temperaturë shkakton një agitation më të madhe në atomë, gjë që çon në një rritje të distancës mes tyre mesatare.

Varësisht nga natyra e lidhjes, lloje të ndryshme të sendeve të forta përjetojnë rritje më të madhe ose më të vogël, të cilën inxhinierët duhet ta regjistrojnë me shumë kujdes. Qeramikat dhe xhamat, me lidhje më të forta, zgjerohen më pak se metalet, të cilat nga ana tjetër zgjerohen më pak se polimerët.

Pra, si mund të vlerësojmë sasinë e lëvizjes në një send të fortë? Kur elementët janë të drejtë – siç është rasti në shumicën e punimeve publike dhe arkitekturës, ku mbështetjet dhe shufrat dominojnë – lëvizja është proporcional me tre parametra: gjatësinë e elementit, ndryshimin në temperaturën e tij, dhe koeficientin e zgjerimit të materialit.

Një frymë flokësh

Shumë materiale qeramike zakonisht kanë koeficientë zgjerimi që variojnë nga 0.5x10⁻⁶ deri në 1.5x10⁻⁶ (°C) ⁻¹, ndërsa metalet variojnë midis 5x10⁻⁶ dhe 30x10⁻⁶ (°C)⁻¹, dhe polimerët midis 50x10⁻⁶ dhe 300x10⁻⁶ (°C)⁻¹. Këta numra (ndoshta të çuditshëm në pamje) tregojnë rritjen e një njësie standarde gjatë gjatësisë kur temperatura rritet me një gradë Celsius.

Materialet më të zgjerueshme janë polimerët, të cilët zgjerohen rreth dhjetë herë më shumë se metalet, dhe metalet zgjerohen dhjetë herë më shumë se qeramikat.

Çeliku i mbushur me hekur të përdorur në Kullën Eiffel, dhe komponentët e tij prej çeliku, kanë një koeficient rreth 12x10⁻⁶ (°C)⁻¹, që do të thotë se një shufër hekuri prej një metri gjatësi zgjeron me 12x10⁻⁶ metra kur temperatura rritet me një gradë. Kjo është vetëm një duzinë mikronësh, më pak se trashësia e një flokë njeriu.

Pra, a ka ndonjë efekt të dukshëm të nxehtësisë në ndërtesa? Po, nëse marrim parasysh që ekzistojnë dy parametra të tjerë për t'u konsideruar: gjatësia e elementit dhe gama e temperaturës ku ai ndodhet.

Gjatësia mund të jetë shumë e madhe. Kulla Eiffel është 300 m e lartë, por Viadukti Garabit është 565 m i gjatë, dhe Ura Forth është mbi 2.5 km e gjatë. Sot ekzistojnë shumë struktura lineare më të mëdha, dhe zgjerimi termik gjithashtu ndikon në shinat hekurudhore që shumë ura janë ndërtuar për t’i mbajtur.

Më shumë: Rënia e urës së Baltimore: një inxhinier urash shpjegon çfarë ndodhi dhe çfarë duhet të ndryshojë

Gjatësitë historike të temperaturës duhet të analizohen gjithashtu. Parisi ka regjistruar temperatura për më shumë se dy shekuj, me minimumet dimërore nën -20⁰C dhe maksimumet verore rreth 40⁰C. Ne duhet gjithashtu të marrim parasysh efektin e rrezatimit diellor – metalet mund të arrijnë temperatura shumë më të larta në diell të drejtpërdrejtë, shpesh duke tejkaluar 60⁰C ose 70⁰C.

Drejtimi larg nga dielli

Tani, le të bëjmë llogaritjet. Ne do të vlerësojmë sa shumë zgjeron një shirit metalik i thjeshtë 100 metra i gjatë kur temperatura ndryshon me 100⁰C – gama e përafërt e përjetuar nga Kulla Eiffel.

Llogaritja është e thjeshtë. Nëse një shirit një metra zgjeron me 0.000012 metra kur temperatura rritet me një gradë, një shirit 100 metra zgjeron me 0.12 metra kur temperatura rritet me 100 gradë. Dhe një shirit 300 metra do të zgjeronte tre herë më shumë: 0.36 metra. Kjo është, 36 cm. Kjo është një ndryshim i dukshëm.

Qartë, një shufër e thjeshtë nuk sillet njëjtë si një kullë e bërë nga më shumë se 18,000 copa hekuri të rivetuara të orientuara në të gjitha drejtimet. Për më tepër, dielli gjithmonë ndriçon në njërën anë të saj. Kjo do të thotë që njërën prej faqeve të saj rritet më shumë se të tjerat, duke shkaktuar një kthesë të lehtë në kullë, sikur të ishte duke u mbështetur larg nga dielli.

Specialistët kanë vlerësuar se Kulla Eiffel në fakt rritet midis 12 dhe 15 centimetra kur krahasohet madhësia e saj gjatë ditëve të ftohta të dimrit me ditët më të nxehta të verës. Kjo do të thotë që, përveçse është një pikë referimi, një kullë komunikimi dhe një simbol i Parisit vetvetiu, Kulla Eiffel është gjithashtu, në efekt, një termometër gjigant.