מגדל אייפל שגדל בקיץ: כשהמתכת נמתחת בחום

נשמע כמו בדיחה, אבל זו עובדה מדעית מבוססת: בימי הקיץ החמים מגדל אייפל שבפריז גבוה במקצת מאשר בימי החורף הקרים. הסיבה אינה קסם ואינה טעות מדידה, אלא תכונה בסיסית של המתכת שממנה הוא בנוי. זוהי הזדמנות מצוינת להכיר אחת התופעות היומיומיות ביותר בפיזיקה.

למה חומרים מתפשטים בחום

כל חומר בנוי מחלקיקים זעירים שנמצאים בתנועה מתמדת. ככל שהחומר חם יותר, החלקיקים נעים במרץ רב יותר ודורשים קצת יותר מקום. התוצאה היא שהחומר כולו מתרחב מעט. כשהחומר מתקרר, החלקיקים מתקבצים קרוב יותר זה לזה, והחומר מתכווץ. תופעה זו נקראת התפשטות תרמית, והיא נכונה כמעט לכל חומר, אם כי במידה שונה.

לא רק במגדלים מפורסמים

אותו עיקרון בדיוק פוגש אותנו בכל יום. מהנדסים שמתכננים גשרים וכבישים חייבים להתחשב בכך שהחומרים יתרחבו ויתכווצו עם מזג האוויר. לכן בגשרים גדולים מתקינים מרווחי התפשטות, מעין תפרים מיוחדים שמאפשרים לחלקי הגשר להתרחב מבלי שהמבנה ייסדק. גם בפסי הרכבת בעבר השאירו רווחים קטנים בין מקטעי הברזל.

הניסוי שבמטבח

אפשר להיווכח בתופעה בעצמכם בעזרת טריק ביתי מוכר: מכסה מתכת שנתקע על צנצנת זכוכית. אם מחזיקים את המכסה תחת זרם מים חמים, המתכת מתרחבת מעט מהר יותר מהזכוכית, והמכסה משתחרר ביתר קלות. זהו אותו עיקרון פיזיקלי בדיוק שגורם למגדל הענק לגדול בקיץ, רק בקנה מידה זעיר.

המים, היוצא מן הכלל

מעניין לציין שלא כל החומרים מתנהגים באותה צורה בכל טווח הטמפרטורות. המים, למשל, מתנהגים באופן חריג כשהם קופאים: הקרח תופס נפח גדול יותר מהמים הנוזליים שממנו נוצר. לכן קוביית קרח צפה על פני המים, ולכן בקבוק מים מלא שנשכח במקפיא עלול להתבקע.

פלא של סדר

מה שיפה בתופעה הזו הוא שהיא מזכירה לנו עד כמה העולם בנוי בחוקיות מדויקת ויציבה. אותם חוקים פשוטים פועלים גם בצנצנת הריבה במטבח, גם בגשר שאנו חוצים, וגם במבנה ענק בלב עיר אירופית. כשמתבוננים בכך, מתגלה סדר מופלא: כללים פשוטים שחוזרים על עצמם בכל קנה מידה.