Eyfel Kulesi Her Yıl Nasıl Uzuyor?
Yazan: Federico de Isidro Gordejuela
Çeviren: Bensu Topkül
Düzenleyen: Ümit Sözbilir
Özet: Eyfel Kulesi 1889 Dünya Fuarı için Gustave Eiffel tarafından ham demirden inşa edilmiştir. Demir sıcaklığa bağlı olarak genleşip büzüldüğü için kule yazın uzar, kışın ise kısalır. Bu olay termal genleşme olarak bilinir. Paris’te yaz-kış sıcaklık farkı çok fazla olduğu için kulenin boyu yaklaşık 12 ila 15 cm değişmektedir. Ayrıca güneş ışığının tek taraftan etki etmesi sonucunda kule hafifçe eğilir. Böylece Eyfel Kulesi hem bir mimari başyapıt hem de dev bir termometre görevi görür.
İçindekilerHafif Demir YapıBüyüyen ve Küçülen MalzemelerBir Saçın Genişliğinden Daha İnceBir Taraf Daha Çok Uzuyor
Bugün Eyfel Kulesi olarak bilinen yapı eskiden 300 m’lik kule olan The Tour de 300 metres olarak adlandırılıyordu. Bu isim kulenin inşasını denetleyen Gustave Eiffel’e mühendis Maurice Koechlin ve Emile Nougier tarafından önerilmişti. Bu isim olağanüstü bir şey inşa etme arzusuna ve yeni bir yükseklik rekoru kıracak teknolojik bir başarıya işaret ediyordu.
Hafif Demir Yapı
Eyfel Kulesi, Fransız Devrimi’nin yüzüncü yılını anmak için 1889 Dünya Fuarı’nda inşa edildi. Eiffel, bu proje için iyi bildiği ve önceden iyi şekilde sonuçlanan projelerinde de kullandığı bir malzeme olan işlenmemiş ham demiri seçti. Bu malzeme büyük ve çok hafif bir kuleyi yatay rüzgâr kuvvetlerinden dolayı oluşabilecek baskılardan koruyabilirdi. Kulenin kütlesi 7.300 t, içindeki havanın kütlesi ise 6.300 t’dur. Kulenin ne kadar hafif olduğu kulenin kütlesinin içindeki havanın kütlesine yakın olmasından anlaşılabilir. Eyfel Kulesinin radyo yayıncılığı için bir üs olmasının yanı sıra ana gözlem noktası olması amaçlanıyordu. Kulenin kendisi her ikisi de aynı döneme ait olan Garabit Viyadüğü, Eiffel’in ofisi tarafından tasarlandı ve Forth Köprüsü gibi devasa üçgen kafes yapısındaydı.
1889 Dünya Fuarı sırasında inşaat hâlindeki Eyfel Kulesi’nin görünümü. (Kaynak: Musée Carnavalet)
Büyüyen ve Küçülen Malzemeler
Çoğu katının sıcaklığı yükseldiğinde genişlediğini ve düştüğünde ise büzüldüğünü biliyoruz. Bunun nedeni ısıdaki bir artışın atomlarda daha fazla gerginliğe neden olmasıdır. Dolayısıyla bu da atomlar arasındaki mesafenin artmasına neden olur. Bağın niteliklerine bağlı olarak farklı metal türlerinde farklı büyüme gözlemlenir. Daha güçlü bağlara sahip olan seramikler ve camlar metallerden daha az genişler ve metaller de polimerlerden daha az genişler. Peki bir katıdaki hareket miktarını nasıl tahmin edebiliriz? Malzemeler düz olduğunda kirişlerin ve çubukların çok olduğu çoğu mimaride hareket üç parametreyle orantılıdır: malzemenin uzunluğu, sıcaklık değişimi ve malzemenin genleşme katsayısı.
Bir Saçın Genişliğinden Daha İnce
Birçok seramik malzeme genellikle 0,5×10⁻⁶ ila 1,5×10⁻⁶ °C⁻¹ arasında değişen genleşme katsayısına sahiptir. Metaller 5×10⁻⁶ ila 30×10⁻⁶ °C⁻¹ arasında polimerler ise 50×10⁻⁶ ila 300×10⁻⁶ °C⁻¹ arasında genleşme katsayısı değerleri alırlar. Bu garip sayılar sıcaklığın bir santigrat derece yükseldiğindeki standart uzunluktaki bir birimin uzamasını gösterir. En genişletilebilir malzeme metallerden yaklaşık on kat daha fazla genişleyen polimerlerdir ve metaller de seramikten on kat daha fazla genişler. Eyfel Kulesinde kullanılan ham demir ve çelik bileşenleri yaklaşık 12×10⁻⁶ °C⁻¹ katsayısına sahiptir. Yani bir m uzunluğundaki demir çubuk, sıcaklık bir derece yükseldiğinde 12×10⁻⁶ m genişler. Bu mikron (1/1.000 mm) derecesinde bir sayıdır ve insan saçından bile daha incedir.
Peki ısının binalar üzerinde gözle görülür bir etkisi var mı? Evet, dikkate alınması gereken iki parametre daha var: yapının uzunluğu ve bulunduğu yerdeki sıcaklık aralığı. Uzunluk çok büyük olabilir. Eyfel Kulesi 300 m yüksekliğinde ancak Garabit Viyadüğü 565 m uzunluğunda ve Forth Köprüsü 2,5 km uzunluğundadır. Bugün çok daha büyük doğrusal yapılar var. Termal genleşme, birçok köprünün taşınması için inşa edilen demiryolu raylarını da etkiliyor. Bu nedenle tarihsel sıcaklık aralıkları da analiz edilmelidir ki yapılabilecek yapıların sıcaklıkla birlikte genleşme ve büzüşme uzunlukları hesaba katılabilsin. Paris, iki asırdan fazla süredir sıcaklıkları kaydediliyor ve kışları minimum –20°C’nin altında ve yazları maksimum 40 °C civarındadır. Güneş radyasyonunun etkisini de hesaba katmalıyız. Metaller doğrudan güneş ışığında çok yüksek sıcaklıklara ulaşabilir ve genellikle 60 °C veya 70 °C’yi aşabilir.
Bir Taraf Daha Çok Uzuyor
Şimdi matematik yapalım. Sıcaklık 100 °C’ye çıkıp indiğinde 100 m uzunluğundaki basit bir metal çubuğun ne kadar genişlediğini tahmin edeceğiz. Eyfel kulesinde deneyimlenen yaklaşık aralıktır. Hesaplama basittir. Bir m’lik çubuk sıcaklık bir derece arttığında 0,000012 m genişliyorsa 100 m’lik çubuk sıcaklık 100 derece arttığında 0,12 m genişleyecektir. 300 m’lik bir çubuk üç kat genişleyecektir. Bu gözle görülebilir bir farktır.
Açıkçası basit bir çubuk her yöne yönlendirilmiş 18.000 parçadan fazla demirle yapılmış bir kule ile aynı şekilde davranmaz. Ayrıca güneş her zaman bu kulenin yanlarının birinden parlayacak böylelikle bu yüzlerinden birinin diğerlerinden daha fazla büyüdüğü ve sanki güneşten uzaklaşıyormuş gibi kulede hafif bir eğriye neden olacağı anlamına gelir.
Uzmanlar, Eyfel Kulesinin soğuk kış günlerindeki büyüklüğünü yazın en sıcak günleriyle karşılaştırırken 12 ila 15 cm arasında büyüdüğünü tahmin ediyorlar. Bu bir dönüm noktasıdır. Eyfel Kulesinin bir iletişim kulesi ve Paris’in sembolü olmasının yanı sıra aslında dev bir termometre olduğu anlamına da gelir.
The post Eyfel Kulesi Her Yıl Nasıl Uzuyor? appeared first on Gelecek Bilimde.
