برج ایفل که در سال ۱۸۸۹ برای نمایشگاه جهانی پاریس ساخته شد، هر تابستان چند سانتیمتر بلندتر میشود و در زمستان به اندازه اصلی خود بازمیگردد.
به گزارش تکناک، این مشهورترین نماد پاریس، هرگز دو بار دقیقاً با یک ارتفاع ثابت دیده نمیشود. این سازه آهنی در سال ۱۸۸۴ با نام «برج ۳۰۰ متری» طراحی و بهدست تیم گوستاو ایفل ساخته شد تا برای نمایشگاه جهانی ۱۸۸۹ رکورد ارتفاع را بشکند.
«فدریکو د ایسیـدرو گوردخوئلا» معمار و استاد دانشگاه درباره این تغییر ارتفاع گفته که این موضوع ناشی از یک پدیده ساده فیزیکی است، اما به حدی قابل توجه میباشد که نوک برج را بالاتر از خط طراحی اولیه آن ببرد.
همه جامدات زمانی که گرم میشوند، اندکی منبسط میگردند، چرا که گرما باعث میشود اتمهای آنها با شدت بیشتری ارتعاش کنند و کمی از هم فاصله بگیرند. میزان این انبساط به سه عامل بستگی دارد، که شامل ضریب انبساط حرارتی ماده، طول قطعه و میزان تغییر دما میشوندد.
اتصالات سرامیکی بسیار محکم هستند و تغییر کمی میکنند، پلیمرها بسیار آزاد هستند و زیاد منبسط میشوند و فلزات در حد میانه قرار دارند. آهن چکشخوار و فولاد بهکاررفته در برج ایفل ضریب انبساطی در حدود ۱۲ × ۱۰⁻⁶ بر حسب درجه سانتیگراد دارند. به عبارت ساده، یک میله آهنی یکمتری با افزایش یک درجه سانتیگراد تنها ۱۲ میکرومتر (نازکتر از یک تار مو) بلندتر میشود.
با وجود این، زمانی که طول و تغییر دما زیاد باشد، همین مقدار کوچک به سرعت جمع میشود. پاریس دماهایی بین منفی ۲۰ درجه سانتیگراد در زمستان و نزدیک به ۴۰ درجه سانتیگراد در تابستان را تجربه کرده است؛ یعنی اختلافی نزدیک به ۱۰۰ درجه سانتیگراد دارد. نور مستقیم خورشید میتواند دمای فلز را از دمای هوا نیز بالاتر ببرد.
اگر یک میله فلزی ۱۰۰ متری را با ضریب انبساط آهن و تغییر دمای ۱۰۰ درجه سانتیگراد محاسبه کنیم، طول آن ۱۲ سانتیمتر بیشتر میشود. حال اگر این محاسبه را برای ارتفاع ۳۰۰ متری برج انجام دهیم، نتیجه ۳۶ سانتیمتر (بیش از ۱۴ اینچ) انبساط نظری خواهد بود.
برج ایفل یک میله ساده نیست؛ بلکه شبکهای سهبعدی با بیش از ۱۸ هزار قطعه آهنی و وزنی معادل ۷,۳۰۰ تن است. برخی قطعات تقریباً عمودی هستند، برخی خمیده یا مورب و نیروهای باد نیز در جهات مختلف بر آن اثر میگذارند. با وجود این پیچیدگیها، واکنش حرارتی کلی برج بیشتر در راستای عمودی است.
مهندسان تغییرات فصلی ارتفاع برج را بین ۱۲ تا ۱۵ سانتیمتر (۵ تا ۶ اینچ) ثبت کردهاند. این مقدار با در نظر گرفتن هندسه شبکه، اتصالات پرچشده و گرمایش نامساوی بخشها، کاملاً با محاسبه نظری ۳۶ سانتیمتر همخوانی دارد.
نور خورشید یک اثر جالب دیگر هم ایجاد میکند: از آنجایی که یک سمت برج همیشه گرمتر است، فلز آن سمت کمی بیشتر منبسط میگردد و باعث میشود که برج به اندازه کسری از درجه به سمت مخالف خورشید خم شود. شب که هوا خنک میشود، این انحراف برطرف میگردد. به این ترتیب، برج ایفل همچون یک دماسنج عظیم عمل میکند، که تغییرات روزانه و فصلی دما را در ارتفاع و انحراف خود نشان میدهد.
انبساط حرارتی موضوعی آشنا برای مهندسان است؛ از پل گارابیت ساخته گوستاو ایفل تا پل فورث در اسکاتلند و حتی ریلهای راهآهن، همگی باید این پدیده را در طراحی در نظر بگیرند.
آنچه از مقیاس اتمی آغاز میشود، گام به گام به حرکتی قابل اندازهگیری در ابعاد سازهای میرسد. هر تابستان، طرح مشهور برج ایفل که روی کارتپستالها دیده میشود، کمی بلندتر و اندکی مایلتر از زمستان است؛ یادآور این حقیقت که حتی سازههای به ظاهر سخت و پایدار نیز در برابر دمای محیط، رفتاری پویا و زنده دارند.
