Эйфелева башня становится больше каждое лето — вот почему
Структура, известная сегодня как Эйфелева башня, первоначально была названа «Тур-де-300 мЕтр», 300-метровая башня. Название было предложено инженерами Морисом Кехлином и Эмилем Нужье Гюставу Эйфелю, который курировал строительство башни. Это намекало на желание построить что-то необычное, технологический подвиг, который установил бы новый рекорд высоты.
Однако, по мере повышения температуры в летние месяцы, Эйфелева башня становится еще выше, чем ее первоначальный дизайн.
Легкая железная конструкция
Эйфелева башня была возведена на Всемирной выставке 1889 года в ознаменование столетия Французской революции.
Эйфель выбрал для его строительства пудинг из железа, хорошо известного ему материала, который он использовал в предыдущих проектах с хорошими результатами.Этот черный материал может выдерживать высокие уровни напряжения, что позволило построить большую, очень легкую башню, которая была бы безопасна от горизонтальных сил ветра.
Чтобы дать представление о том, насколько легка башня, ее вес составляет 7300 тонн, что близко к весу объема воздуха, содержащегося в ней, около 6300 тонн.
Эйфелева башня должна была стать главной наблюдательной точкой, а также базой для радиовещания.Сама башня представляет собой гигантскую треугольную решетчатую структуру, очень похожую на виадук Гарабит (также спроектированный офисом Эйфеля) и Форт-Бридж в Шотландии, оба из того же периода.
Все эти конструкции растут при повышении температуры материала. Однако, в отличие от мостов, которые ведут себя более сложным образом, Эйфелева башня испытывает в основном вертикальный рост и усадку из-за изменения температуры. Это явление известно как тепловое расширение.
Leer más: How the Eiffel Tower стал иконой немого кино
Материалы, которые растут и сжимаются
Мы знаем, что большинство твердых тел расширяются при повышении температуры и сжимаются при падении. Это происходит потому, что повышение температуры вызывает большее возбуждение в атомах, что приводит к увеличению среднего расстояния между ними.
В зависимости от характера связи различные виды твердых веществ испытывают больший или меньший рост, который инженеры должны записывать с большой осторожностью. Керамика и очки, с более сильными связями, расширяются меньше, чем металлы, которые, в свою очередь, расширяются меньше, чем полимеры.
Итак, как мы можем оценить количество движения в твердом теле? Когда элементы прямые, как это имеет место в большинстве общественных работ и архитектуры, где преобладают балки и бруски, движение пропорционально трем параметрам: длине элемента, изменению его температуры и коэффициенту расширения материала.
Ширина волос
Многие керамические материалы обычно имеют коэффициенты расширения в диапазоне от 0,5×10-6 до 1,5×10-6 (°C) -1, в то время как металлы варьируются от 5×10-6 до 30×10-6 (°C)-1, а полимеры от 50×10-6 до 300×10-6 (°C)-1. Эти (возможно, странные) числа указывают на рост единицы стандартной длины, когда температура поднимается на один градус Цельсия.
Наиболее расширяемыми материалами являются полимеры, которые расширяются примерно в десять раз больше, чем металлы, а металлы расширяются в десять раз больше, чем керамика.
Обутое железо, используемое в Эйфелевой башне, и его стальные компоненты имеют коэффициент около 12×10-6 (°C)-1, что означает, что однометровый железный стержень расширяется на 12×10-6 метров, когда температура поднимается на один градус. Это всего лишь дюжина микрон, меньше толщины человеческого волоса.
Так оказывает ли тепло какое-либо заметное влияние на здания? Да, если учесть, что есть два других параметра, которые следует учитывать: длина элемента и диапазон температур, в которых он расположен.
Длина может быть очень большой. Эйфелева башня высотой 300 м, но виадук Гарабит длиной 565 м, а Форт-мост длиной более 2,5 км. Сегодня существует множество более крупных линейных сооружений, а тепловое расширение также влияет на железнодорожные пути, для которых построено множество мостов.
Леер Мас: обрушение моста в Балтиморе: инженер-мостовщик объясняет, что произошло и что нужно изменить
Париж фиксирует температуры более двух столетий, с зимними минимумами ниже -200C и летними максимумами около 400C. Мы также должны учитывать влияние солнечного излучения — металлы могут достигать гораздо более высоких температур при прямом солнечном свете, часто превышающем 600C или 700C.
Отклоняясь от солнца
Теперь давайте проведем расчеты. Мы оценим, насколько расширяется простой 100-метровый металлический стержень, когда температура колеблется на 1000 ° C — приблизительный диапазон, который испытывает Эйфелева башня.
Расчет прост. Если однометровый бар расширяется на 0,000012 м при повышении температуры на один градус, 100-метровый бар расширяется на 0,12 м при повышении температуры на 100 градусов. А 300-метровый бар расширился бы в три раза больше: 0,36 м. То есть 36 см. Это заметная разница.
Ясно, что простая планка ведет себя не так, как башня, сделанная из более чем 18 000 клепаных железа, ориентированных во все стороны. Кроме того, солнце всегда светит на одной из его сторон. Это означает, что одна из его граней растет больше, чем другие, вызывая небольшую кривую в башне, как будто она отклоняется от солнца.
Специалисты подсчитали, что Эйфелева башня фактически растет на 12-15 сантиметров при сравнении её размеров в холодные зимние дни с самыми жаркими днями лета.Это означает, что помимо того, что она является достопримечательностью, коммуникационной башней и символом самого Парижа, Эйфелева башня также является, по сути, гигантским термометром.
Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation, un sitio de noticias sin fines de lucro dedicado a Compartir ideas de expertos académicos.
Ли Мас:
Federico de Isidro Gordejuela no recibe salario, ni ejerce labores de consultoría, ni posee acciones, ni recibe financiación de ninguna compañía u organización que pueda obtener beneficio de este artículo, y ha declarado carecer de vínculos relevantes más allá del cargo académico citado.
