Ο Πύργος του Άιφελ, το πιο αναγνωρίσιμο σύμβολο του Παρισιού και της Γαλλίας, ήταν αρχικά γνωστός ως «Πύργος των 300 μέτρων» (Tour de 300 mètres) – μια ονομασία που πρότειναν οι μηχανικοί Μορίς Κεσλίν και Εμίλ Νουζιέ στον Γκυστάβ Άιφελ, επικεφαλής του φιλόδοξου έργου.
Από την πρώτη στιγμή, ο στόχος ήταν ξεκάθαρος: η δημιουργία ενός αρχιτεκτονικού και τεχνολογικού θαύματος που θα έθετε νέο ρεκόρ ύψους και θα συμβόλιζε την υπεροχή της γαλλικής μηχανικής.
Ο Πύργος κατασκευάστηκε για την Παγκόσμια Έκθεση του 1889, με αφορμή τα 100 χρόνια από τη Γαλλική Επανάσταση. Ο Άιφελ επέλεξε για τη δομή του τον σφυρήλατο σίδηρο, ένα υλικό που γνώριζε καλά και είχε χρησιμοποιήσει με επιτυχία σε προηγούμενα έργα, όπως η γέφυρα Garabit στη Γαλλία. Ο σφυρήλατος σίδηρος συνδυάζει ελαφρότητα και αντοχή, επιτρέποντας την κατασκευή ενός ψηλού αλλά σταθερού πύργου, ικανού να αντέξει ισχυρούς ανέμους και μεγάλα φορτία.
Με ύψος 300 μέτρων και βάρος περίπου 7.300 τόνων, ο Πύργος του Άιφελ είναι τόσο ελαφρύς όσο και το εσωτερικό του περιέχει όγκο αέρα (περίπου 6.300 τόνοι). Από την αρχή, σχεδιάστηκε για να λειτουργεί ως σημείο παρατήρησης και ως σταθμός ραδιοφωνικών εκπομπών, ενώ η χαρακτηριστική του τριγωνική δικτυωτή δομή θυμίζει άλλα μεγάλα τεχνικά έργα της εποχής, όπως η γέφυρα Forth στη Σκωτία.
Ένα από τα πιο συναρπαστικά φυσικά φαινόμενα που παρατηρούνται στον Πύργο του Άιφελ είναι η θερμική διαστολή. Όπως όλα τα μέταλλα, ο σίδηρος διαστέλλεται με τη ζέστη και συστέλλεται με το κρύο. Όταν η θερμοκρασία ανεβαίνει, τα άτομα του υλικού αποκτούν μεγαλύτερη κινητικότητα και οι αποστάσεις μεταξύ τους αυξάνονται, με αποτέλεσμα να μεγαλώνει και το ύψος της κατασκευής.
Σε αντίθεση με τις γέφυρες, που επηρεάζονται κυρίως οριζόντια, ο Πύργος του Άιφελ «τεντώνεται» κυρίως κατακόρυφα, φτάνοντας να ψηλώνει μέχρι και 12–15 εκατοστά σε πολύ ζεστές καλοκαιρινές ημέρες σε σχέση με το χειμώνα.
Η πρόβλεψη αυτής της διαστολής γίνεται μέσω τριών παραμέτρων: του μήκους των μεταλλικών στοιχείων, της μεταβολής της θερμοκρασίας και του συντελεστή θερμικής διαστολής του σιδήρου. Το μέταλλο που χρησιμοποιήθηκε στον Πύργο του Άιφελ διαστέλλεται περισσότερο από το γυαλί ή την κεραμική, αλλά λιγότερο από τα πολυμερή. Αυτό σημαίνει ότι ο Πύργος του Άιφελ δεν είναι μια στατική κατασκευή, αλλά μια δομή που «αναπνέει» με τις εποχές, μεταβάλλοντας το ύψος και την κλίση του ανάλογα με τον ήλιο και τις θερμοκρασίες.
Διαστολή και συστολή των υλικών
Εξαιτίας των αλλαγών στη θερμοκρασία, ο Πύργος του Άιφελ υφίσταται κάθετη αύξηση και συρρίκνωση, ένα φαινόμενο που είναι γνωστό ως θερμική διαστολή και συστολή, εξηγεί το The Conversation. Tα περισσότερα στερεά υλικά διαστέλλονται όταν αυξάνεται η θερμοκρασία και συστέλλονται όταν μειώνεται. Αυτό συμβαίνει επειδή η αύξηση της θερμοκρασίας επιταχύνει τα άτομα και τα απομακρύνει μεταξύ τους.
Ανάλογα με τους δεσμούς των ατόμων, διαφορετικά είδη στερεών υλικών παρουσιάζουν μεγαλύτερη ή μικρότερη διαστολή, την οποία οι μηχανικοί πρέπει να καταγράφουν με μεγάλη προσοχή. Τα κεραμικά και τα γυαλιά, με ισχυρότερους δεσμούς, διαστέλλονται λιγότερο από τα μέταλλα, τα οποία με τη σειρά τους διαστέλλονται λιγότερο από τα πολυμερή.
Πιο συγκεκριμένα, πολλά κεραμικά υλικά έχουν συντελεστές διαστολής που κυμαίνονται από 0,5×10⁻⁶ έως 1,5×10⁻⁶ (°C) ⁻¹, ενώ στα μέταλλα κυμαίνονται μεταξύ 5×10⁻⁶ και 30×10⁻⁶ (°C)⁻¹, και στα πολυμερή μεταξύ 50×10⁻⁶ και 300×10⁻⁶ (°C)⁻¹. Αυτοί οι (κάπως παράξενοι) αριθμοί υποδηλώνουν την αύξηση μιας μονάδας μήκους όταν η θερμοκρασία αυξάνεται κατά ένα βαθμό Κελσίου.
Ο χυτοσίδηρος που χρησιμοποιήθηκε στον Πύργο του Άιφελ και τα χαλύβδινα εξαρτήματά του έχουν συντελεστή περίπου 12×10⁻⁶ (°C)⁻¹, που σημαίνει ότι μια σιδερένια ράβδος μήκους ενός μέτρου διαστέλλεται κατά 12×10⁻⁶ μέτρα όταν η θερμοκρασία αυξάνεται κατά ένα βαθμό. Μιλάμε για 12 μικρόμετρα, δηλαδή 12 εκατομμυριοστά του μέτρου, λιγότερο από το πάχος μιας ανθρώπινης τρίχας.
Οι θερμοκρασίες στο Παρίσι
Η μεταβολή μοιάζει ασήμαντα μικρή, αλλά υπάρχουν δύο ακόμα παράμετροι που πρέπει να ληφθούν υπόψη σε μία κατασκευή σαν τον Πύργο του Άιφελ: το ύψος του και το εύρος της θερμοκρασίας στην οποία βρίσκεται.
Ο Πύργος του Άιφελ έχει ύψος 300 μέτρα και βρίσκεται στο Παρίσι το οποίο καταγράφει ελάχιστες θερμοκρασίες τον χειμώνα κάτω από -20⁰C και μέγιστες το καλοκαίρι γύρω στους 40⁰C. Πρέπει επίσης να λάβουμε υπόψη την επίδραση της ηλιακής ακτινοβολίας – τα μέταλλα μπορούν να φτάσουν σε πολύ υψηλότερες θερμοκρασίες με την άμεση ηλιακή ακτινοβολία, συχνά υπερβαίνοντας τους 60⁰C ή 70⁰C.
Τώρα, ας υπολογίσουμε πόσο διαστέλλεται μια απλή μεταλλική ράβδος μήκους 100 μέτρων όταν η θερμοκρασία κυμαίνεται σε ένα εύρος 100⁰C – αυτό που βιώνει κατά προσέγγιση ο Πύργος του Άιφελ.
Αν μια ράβδος ενός μέτρου διαστέλλεται κατά 0,000012 μέτρα όταν η θερμοκρασία αυξάνεται κατά ένα βαθμό, μια ράβδος 100 μέτρων διαστέλλεται κατά 0,12 μέτρα όταν η θερμοκρασία αυξάνεται κατά 100 βαθμούς. Και μια ράβδος 300 μέτρων θα διασταλεί τρεις φορές περισσότερο: 0,36 μέτρα. Δηλαδή, 36 εκατοστά.
Απόκλιση από τον ήλιο
Ωστόσο, μια απλή ράβδος δεν συμπεριφέρεται όπως ένας πύργος κατασκευασμένος από περισσότερα από 18.000 κομμάτια καρφωμένου σιδήρου προσανατολισμένα προς όλες τις κατευθύνσεις. Επιπλέον, ο ήλιος λάμπει πάντα σε μία από τις πλευρές του. Αυτό σημαίνει ότι μία από τις όψεις του μεγαλώνει περισσότερο από τις άλλες, προκαλώντας μια ελαφρά καμπύλη στον πύργο, σαν να κλίνει μακριά από τον ήλιο.
Οι ειδικοί έχουν υπολογίσει ότι ο Πύργος του Άιφελ στην πραγματικότητα ψηλώνει κατά 12 έως 15 εκατοστά, από τις κρύες ημέρες του χειμώνα μέχρι τις πιο ζεστές του καλοκαιριού. Αυτό σημαίνει ότι, εκτός από ορόσημο, πύργος επικοινωνιών και σύμβολο του ίδιου του Παρισιού, ο Πύργος του Άιφελ είναι επίσης ένα… γιγάντιο θερμόμετρο.
Πηγή: The Conversation
