МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ САРАТОВСКОЙ ОБЛАСТИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ САРАТОВСКОЙ ОБЛАСТИ

«САРАТОВСКИЙ КОЛЛЕДЖ СТРОИТЕЛЬСТВА МОСТОВ И ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ»

ТВОРЧЕСКИЙ ПРОЕКТ

ДРЕВЕСИНА

по дисциплине «Мир профессий в законах физики»

                                        Выполнил: Ежов Данила,

                               студент группы 11 СЗ,

специальность 08.02.01 «Строительство и эксплуатация зданий и сооружений»

                                                   Руководитель: Тамбовцева Н.В.,

преподаватель высшей

                                                   категории ГАПОУ СО СКСМГС

                                            Саратов, 2017 г.

Оглавление

Введение        3

Глава 1. Физические свойства твердых тел        4

1.1 Деформация        4

1.2 Теплопроводность        5

1.3 Капиллярность        5

Глава 2. Древесина        7

2.1 Основные физические свойства древесины        7

2.2 Механические свойства древесины        8

2.3 Основные породы древесины, применяемые в строительстве        10

Заключение        13

Список литературы        14

Введение

          Актуальность моей темы заключается в том, что в нынешнее время древесина - самый легкий строительный материал, который при хорошей теплоизоляции имеет высокую прочность, благодаря чему находит применение в качестве несущих конструкций. Современное деревянное домостроение всегда находит новые пути производства технологичных претенциозных конструкций, например, для строительства помещений и мостов. Древесина, по сравнению с другими строительными материалами, требует меньших затрат энергии при производстве, транспортировки и обработке. И в окружающих нас лесах всегда можно найти необходимое количество древесины.

         Объектом исследования является деревянный дом, предмет исследования – древесина.

Цель работы:

1. Изучить основные физические свойства твердых тел.
2. Узнать что такое древесина
3. Выяснить основные физические и механические свойства древесины
4. Узнать основные породы древесины, применяемые в строительстве

Практическая значимость моей исследовательской работы заключается в том, что будущему специалисту , уже сейчас нужно начать рассматривать и изучать свойства, характеристики, применение, породы древесины. После окончания учебного заведения данные базовые знания сыграют не малую роль в будущей профессии.

Глава 1. Физические свойства твердых тел

1.1 Деформация
Деформация - изменение формы и размеров тела. Причина деформации заключается в том, что различные части тела совершают неодинаковые перемещения при действии на тело внешних сил.
Деформации, которые полностью исчезают после прекращения действия силы, — упругие, которые не исчезают, — пластические.
При упругих деформациях происходит изменение расстояния между частицами тела. В недеформированном теле частицы находятся в определенных положениях равновесия (расстояния между выделенными частицами  — см. рис. 1, б), в которых силы отталкивания и притяжения, действующие со стороны других частиц, равны. При изменении расстояния между частицами одна из этих сил начинает превышать другую. В результате возникает равнодействующая этих сил, стремящаяся вернуть частицу в прежнее положение равновесия. Равнодействующая сил, действующих на все частицы деформированного тела, и есть наблюдаемая на практике сила упругости. Таким образом, следствием упругой деформации является возникновение упругих сил.

 Рис.1
При пластической деформации, как показали наблюдения, смещения частиц в кристалле имеют совсем другой характер, чем при упругой. При пластической деформации кристалла происходит соскальзывание слоев кристалла относительно друг друга (рис. 1, а, б). Это можно увидеть с помощью микроскопа: гладкая поверхность кристаллического стержня после пластической деформации становится шероховатой. соскальзывание происходит вдоль слоев, в которых больше всего атомов                                                                                    
Рис 2.
При таких смещениях частиц тело оказывается деформированным, но на смещенные частицы при этом не действуют "возвращающие" силы, так как у каждого атома в его новом положении такие же соседи и в таком же числе, как и до смещения.

При расчете конструкций, машин, станков, тех или иных сооружений, при обработке различных материалов важно знать, как будет деформироваться та или иная деталь под действием нагрузки, при каких условиях ее деформация не будет влиять на работу машин в целом, при каких нагрузках наступает разрушение деталей и т.д.

1.2 Теплопроводность
Теплопроводность - это процесс переноса внутренней энергии от более нагретых частей тела к менее нагретым частям (или телам), осуществляемый хаотически движущимися частицами тела (атомами, молекулами, электронами и т. п.). Такой теплообмен может происходить в любых телах с неоднородным распределением температур, но механизм переноса теплоты будет зависеть от агрегатного состояния вещества.
Теплопроводностью называется также количественная характеристика способности тела проводить тепло. В сравнении тепловых цепей с электрическими это аналог проводимости.

 1.3 Капиллярность
Капиллярность - физическое явление, заключающееся в способности жидкостей изменять уровень в трубках, узких каналах произвольной формы, пористых телах. Поднятие жидкости происходит в случаях смачивания каналов жидкостями, например воды в стеклянных трубках, песке, грунте и т. п. Понижение жидкости происходит в трубках и каналах, не смачиваемых жидкостью, например, ртуть в стеклянной трубке. На основе капиллярности основана жизнедеятельность животных и растений, химические технологии, бытовые явления (например, подъём керосина по фитилю в керосиновой лампе, вытирание рук полотенцем). Капиллярность почвы определяется скоростью, с которой вода поднимается в почве и зависит от размера промежутков между почвенными частицами. Капиллярами называются тонкие трубки, а также самые тонкие сосуды в организме человека и других животных.

Капиллярный эффект воды и ртути

Глава 2. Древесина

2.1 Основные физические свойства древесины
Древесина – сравнительно твердый и прочный волокнистый материал, скрытая корой основная часть стволов, ветвей, корней деревьев и кустарника. Состоит из бесчисленных трубковидных клеток с оболочками в основном из целлюлозы, прочно сцементированных пектатами кальция и магния в почти однородную массу. В природном виде используется в качестве строительного материала и топлива, а в размельченном и химически обработанном виде – как сырье для производства бумаги, древесноволокнистых плит, искусственно волокна. Древесина была одним из главных факторов развития цивилизации и даже в наши дни остается одним из важнейших для человека видов сырья, без которого не могли бы обойтись многие отрасли промышленности.
         К физическим свойствам древесины относятся ее плотность, влажность, теплопроводность, звукопроводность, электропроводность, стойкость к коррозии (то есть способность противостоять действию агрессивной среды).
        Влажность лесоматериалов, используемых в строительстве и при изготовлении деревянных изделий, является показателем ее качества и долговечности. На практике различают древесину: комнатно-сухую, с влажностью 8-12%; воздушно-сухую искусственной сушки, с влажностью 12-18% (эти два вида древесины получают путем сушки пиломатериалов в сушильных камерах); атмосферно-сухую естественной сушки, с влажностью 18-23% (получают в результате продолжительного хранения лесоматериалов, уложенных штабелями на прокладках в сухих, проветриваемых помещениях или под навесом, без допуска воздействия прямых солнечных лучей), влажную древесину, с влажностью более 23%.      

Плотность древесины – это отношение ее массы к объему, измеряемой в г/см3 или кг/м3 . Зависит этот показатель от породы древесины, возраста, условий роста, ее влажности. Нет необходимости вдаваться в подробности изучения данного показателя; достаточно знать, что древесина, отличающаяся большей плотностью, служит гораздо дольше и менее подвержена необратимым изменениям, чем менее плотная. Самая большая плотность у дуба, далее по убывающей следуют: ясень, клен, лиственница, бук, орех, сосна, липа, осина, ель, пихта.
        Теплопроводность, звукопроводность.
Деревянные дома из сруба или бруса хорошо удерживают тепло. Здоровая древесина способна распространять звук вдоль волокон: если после удара по комлевой части бревна, доски или бруса слышится чистый звенящий звук, то это говорит о высоком качестве древесины; прерывистый, глухой звук свидетельствует о её загнивании.
         Коррозионная стойкость – древесины очень важна для строений и изделий, изготовленных из неё, особенно тех, которые эксплуатируются из неё в основном под открытым небом. Следует отметить, что хвойные породы более стойки к коррозии по сравнению с лиственными, поскольку хвойная древесина пропитана природными смолистыми веществами.

2.2 Механические свойства древесины

Механические свойства древесины более важны, так как от них зависят прочность и долговечность сооружений и изделий из дерева.
         Механическая прочность древесины – это ее возможность противостоять различным статическим и динамическим нагрузкам. По направлению действия нагрузок различают прочность на сжатие, изгиб, скалывание (сдвиг), растяжение (рис. 4). При этом предел прочности древесины на сжатие и растяжение при направлении нагрузки вдоль волокон значительно выше, нежели при направлении нагрузки поперек волокон. Механическая прочность древесины зависит от ее физических свойств: увеличение влажности снижает прочность, а плотная древесина более прочна, чем легкая и рыхлая.

Пластичность – способность деревянной детали изменять форму под воздействием нагрузки и сохранять эту форму после снятия приложенной нагрузки. Это свойство имеет значение при изготовлении гнутых деталей: важно знать, что с увеличением влажности и температуры древесины ее пластичность увеличивается; поэтому детали, которые нужно выгнуть, обрабатывают горячей водой или паром. Высокой пластичностью (по убывающей) обладает древесина бука, вяза, дуба, ясеня. Хвойные породы древесины пластичностью, достаточной для сгибания деталей, не обладают вследствие прямолинейной структуры волокон.
         Твердость древесины обусловлена ее способностью сопротивляться внедрению инородных тел. По этому признаку древесину разделяют на твердую – бук, дуб, клен, ясень, вяз, лиственница (самые твердые – самшит и акация) и мягкую – липа, ель, сосна, ольха.
         Твердость определяет еще одно механическое свойство древесины – ее износостойкость, способность противостоять трению. Здесь имеется прямая взаимосвязь: чем тверже древесина, тем выше показатель ее износостойкости.

Рис. 4. Испытание прочности древесины: а – направление нагрузки: 1 – вдоль локон; 2 – поперек волокон радиально; 3 – поперек волокон тангентально.

2.3 Основные породы древесины, применяемые в строительстве
        Как строительный материал древесина обладает рядом положительных свойств: сравнительно высокой прочностью при небольшом объемном весе, достаточной упругостью и малой теплопроводностью.
         В благоприятных условиях эксплуатации деревянные постройки и строительные детали сохраняются очень долго, несколько сотен лет. Благодаря этим качествам и относительно невысокой стоимости древесина различных пород широко применяется в строительстве.
         Ядровая древесина, также ядро — название развивающейся у многих видов деревьев физиологически не активной зоны в центре сечения ствола, обычно более тёмного цвета, чем внешняя часть, более светлая заболонь. Возникает в результате вторичного метаболизма отмершей паренхимы во внутренней части заболони.
          Настоящее ядро содержит в основном цветные, большей частью фенольные вещества (ядровые вещества), которые импрегнируют стенки клеток и как правило повышают долговечность древесины. Кроме того, дерево прерывает связи между клетками, таким образом что между ними больше невозможен капиллярный обмен. Ядровая древесина биологически мертва.
         Спелая древесина — это тоже ядровая древесина, не отличающаяся, однако, по цвету от заболони. Например, подокарп образует светлую, но долговечную спелую древесину (ядро), а спелая древесина ели недолговечна. Различают ядровые, заболонные и спелодревесные породы деревьев. Ядровые и ядровые спелодревесные породы образуют настоящее ядро, в то время как спелодревесные и заболонные могут образовывать ложное ядро.

 Рис.1 Поперечный распил ствола тиса (тёмное ядро отличается по цвету от светлой заболони) Рис.2  Ложное ядро в буке
        Многие безъядровые (заболонные и спелодревесные) лиственные породы деревьев развивают ядро не всегда, а в зависимости от внешних условий (обычно как результат повреждений) образуют так называемое ложное ядро. Эта древесина не обладает свойственной ядровой древесине долговечностью и часто выделяется неоднородной раскраской, разнообразием по форме и размерам. Отличается непостоянством по времени появления в дереве.
         Считается пороком древесины и уменьшает её ценность, однако ложное ядро без гнили существенно на прочность не влияет. Обладает почти теми же свойствами, что и настоящее ядро, разными у разных пород дерева. Ложное ядро с гнилью неравномерно окрашено, развивает бледные и сероватые тона, чёрные линии.
         На поперечном разрезе ствола может быть центральным или смещённым. Имеет обычно бурый или коричневый цвет, иногда с лиловым, фиолетовым или тёмно-зелёным оттенком. На поперечном разрезе может быть округлым или звездчатым. Окружено тёмной, реже более светлой, чем остальная его часть защитной каймой, которая может не только охватывать ложное ядро, но и делить его на части (зоны). Может быть простым или однородным, а также двухзональным, многозональным (с зонами в виде колец) и мозаичным, когда в ядре присутствует множество секций, примыкающих друг к другу и разделённых защитной каймой.
         Ядровые породы(образующие настоящее ядро)
Сосна - типичная ядровая порода дерева. Ядро (красноватое) чётко отличается у сосен от заболони (жёлто-белая). Если заболонь не будет снята с ядра, то древесину обязательно обрабатывают средствами химической защиты.

Дуб - этой древесины используют только ядро, так как заболонь недолговечна, хотя возможно использование древесины с заболонью при условии обработки средствами защиты.

Эбеновое дерево - (разновидность чёрного дерева) имеет чёрное ядро и светлую заболонь, отличается очень большой твердостью и стоит также дорого.

Подокарп - образует светлую, но долговечную ядровую древесину (спелую древесину)

Ясень и вяз - образуют желто-бурое ядро, заболонь обязательно удаляется.
         Спелодревесные породы (могут образовывать ложное ядро)

Ядро вишни - является не настоящей ядровой древесиной, а ложным ядром и недолговечно. Так как цветовое различие в этом случае очень выражено (ядро красное, а заболонь белая), для применения в ответственных случаях заболонь просто отрезают.

Бук - часто образует в старости пятнистое красное ядро, которое раньше считалось совершенно неприемлемым, а в наши дни находит применение в изготовлении мебели как «ядровый бук».

 Ели - безъядровая, спелодревесная порода.
          Хвойные породы. Широкое применение в строительстве хвойных пород (сосны, ели, лиственницы, меньше — кедра и пихты) объясняется их большой территориальной распространенностью, высотой и прямизной стволов, повышенным по сравнению с некоторыми лиственными породами качеством, в частности стойкостью против загнивания.
         Лиственные породы. Лиственные породы имеют стволы менее правильной формы и более сбежистые, чем хвойные. В строительстве более широкое применение получили дуб, ясень, береза, осина, ольха, бук, липа, тополь.

Заключение
        Выполнив данную работу, не стоит сомневаться в ее актуальности.
Ведь древесина самый легкий и универсальный  строительный материал, который при хорошей теплоизоляции имеет высокую прочность, благодаря чему находит применение в качестве несущих конструкций, но стоит понимать что ее строительные качества очень сильно отличаются от твердых строительных материалов. В нынешнее время очень много современных технологий для переработки дерева , которые позволяют изготавливать изделия любой формы и кривизны.
Подводя итоги, цели, и данную информацию в работе, были выполнены:

1. Изучили основные физические свойства твердых тел
2. Узнали что такое древесина
3. Выяснили основные физические и механические свойства древесины
4. Узнали основные породы древесины, применяемые в строительстве
   

Данное исследование способствовало получению базовых знаний о древесине, ведь как будущему специалисту, нужно сейчас рассматривать и изучать свойства, характеристики, применение древесины. Ведь данные базовые знания сыграют не малую роль в будущем.

Список литературы

1.Физика (для нетехнических специальностей) [Текст]: учебник для студентов образовательных учреждений среднего профессионального образования / П. И. Самойленко, А. В. Сергеев. - 12-е изд., стер. - Москва: Академия, 2014. - 391, [1] с. : ил.; 22 см. - (Учебник) (Среднее профессиональное образование. Общеобразовательные дисциплины).
2. Принципы конструирования. Хошев Ю.М. 2008 (Электронный ресурс) http://les.novosibdom.ru/node/529
3. Сибирские пиломатериалы и изделия деревообработки. ( Электронный ресурс) http://www.sibdoma.ru/information/drevesina-kachestvo-postroeniya-doma.html
4. Материалы и изделия из древесины (Электоронный ресурс) http://www.materialsworld.ru/6/material.php
5. Капиллярность (Электронный ресурс) https://ru.wikipedia.org/wiki/Капиллярность
6. Закон теплопроводности Фурье (Электронный ресурс) http://www.studfiles.ru/preview/2069278/