Символ Парижа и инженерного мастерства XIX века не только восхищает нас своей архитектурой, но и является ярким примером одного из самых увлекательных физических процессов — теплового расширения.
Строение, созданное Гюставом Эйфелем по грандиозному проекту архитекторов Мориса Кешлена и Эмиля Нугье для Всемирной выставки 1889 года, первоначально имело название «Башня 300 метров» (Tour de 300 mètres). Однако летом конструкция «увеличивается», достигая высоты, превышающей запланированные триста метров.
Конструкция выполнена из пудлингового железа — материала, обладающего высокой прочностью и способного выдерживать значительные нагрузки, в том числе и от ветра. Несмотря на свои впечатляющие размеры, вес сооружения составляет около 7300 тонн, что сопоставимо с массой воздуха, который оно вмещает — примерно 6300 тонн. Легкость конструкции позволила сделать эту необычную башню не только устойчивой, но и достаточно гибкой с физической точки зрения.
Как и многие другие инженерные сооружения своего времени — например, виадук Гарабит или мост Форт-Бридж в Шотландии — Эйфелева башня также подвержена тепловому расширению. Это явление объясняется тем, что при нагревании атомы вещества начинают более активно колебаться, увеличивая расстояние между собой, что в итоге приводит к расширению материала. Степень этого расширения зависит от длины элемента, изменения температуры и коэффициента линейного расширения самого материала.
Для железа, использованного в строительстве башни, коэффициент теплового расширения составляет примерно 12×10⁻⁶ на градус Цельсия. Это означает, что при повышении температуры на один градус, метровый металлический элемент увеличивается в длину на 12 микрон — величина, меньше толщины человеческого волоса. На первый взгляд, это может показаться незначительным, однако для трехсотметровой Эйфелевой башни эффект становится заметным.
При нагревании на 100 °C, что вполне возможно в жаркие летние дни под палящими лучами солнца, высота 300-метровой металлической башни «увеличивается» примерно на 36 сантиметров. Хотя такие жаркие дни не так часты — специалисты оценивают изменение высоты башни между зимой и летом в среднем в 12–15 сантиметров. Более того, поскольку солнце освещает лишь одну сторону конструкции, происходит неравномерное расширение, и башня может немного наклоняться от солнечной стороны в теневую. Таким образом, Эйфелева башня не только растет, но и «гнется» под воздействием жары.
Таким образом, Эйфелева башня — это не просто культурный и исторический символ, радиовещательная платформа и центр притяжения туристов со всего мира, но и своеобразный гигантский термометр, который чутко реагирует на смену сезонов и изменения температуры. Это обстоятельство дает нам веский повод восхититься не только эстетикой этого необычного сооружения, но и инженерным гением, подарившим ему жизнь.
Тем временем в Осаке появилось уникальное, самое большое в мире деревянное сооружение.
Фото: hi-tech.mail.ru