Чем отличается упругость древесины от ее прочности 6 класс кратко

Обновлено: 30.06.2024

Древесина – это достаточно популярный материал, который находит свое применение в разнообразных сферах человеческой жизни. При этом далеко не каждый человек знает о том, что сырье обладает целым рядом уникальных характеристик. Сегодня в нашей статье мы подробно рассмотрим механические свойства древесины.

Особенности

Механические свойства древесины характеризуют общее качество материала и находятся с ним в прямо пропорциональном соотношении. К важнейшим показателям механической прочности относится способность дерева выдерживать нагрузки как статического, так и динамического типа.

Для того чтобы определить механические свойства, которыми обладает материал, его растягивают, сжимают, изгибают и сдвигают. При этом стоит иметь в виду тот факт, что древесину называют анизотропным материалом, соответственно, сырье может обладать различными свойствами в зависимости от того, в каком направлении на него оказывается воздействие. Всего существует 2 направления: радиальное и тангенциальное.

Что такое прочность и от чего зависит?

Важнейшая механическая черта древесины – это ее прочность. Прочностные характеристики оказывают прямое влияние на то, каким образом и на каком уровне материал может сопротивляться и противостоять нежелательным разрушениям.

Стоит отметить тот факт, что существует прямая зависимость между прочностью и направлением воздействия на древесину. Так, прочность сырья в 20 раз увеличивается при оказании воздействия вдоль волокон, чем если давление будет оказываться поперек.

Это интересно. Показатели допустимой прочности и ее пределы (как минимальные, так и максимальные) невозможно определить самостоятельно в домашних условиях. Подобные процедуры производятся исключительно в лабораторных условиях. При этом опыты и эксперименты осуществляются исключительно на основании действующих государственных нормативных актов.

Следует отметить тот факт, что на уровень прочности и упругости влияет уровень влажности. Так, при увлажнении происходят специфические реакции внутри древесины, которые уменьшают ее прочность. При этом данное положение является актуальным только в том случае, если уровень влаги поднимается до 25%. Дальнейшее увлажнение не отличается какими-либо существенными реакциями и не влияет на показатели прочности. Это понимают специалисты.

Для того чтобы сравнить показатели прочности разных пород, необходимо убедиться в том, что показатели их влажности являются идентичными – только в таком случае можно говорить об объективном и беспристрастном результате.

Помимо влажности при измерении прочности также важно обращать внимание на характер и продолжительность нагрузок. Так, например, статические нагрузки отличаются постоянством. Кроме того, для них характерно медленное и постепенное возрастание. С другой стороны, динамические нагрузки являются относительно короткими. Так или иначе, разрушать древесину могут и те, и другие нагрузки.

Стоит также иметь в виду, что показатели прочности, ее пределы и лимиты различаются в зависимости от конкретного вида деформации.

Растяжение. Если говорить о прочности древесины на растяжение, то данный показатель составляет 1 300 кгс/см2 (причем данный параметр является актуальным для всех сортов). В такой ситуации решающее значение имеет внутренняя структура древесины. Если волокна расположены правильно и структурировано, то прочность увеличивается (и наоборот). Прочность различается в зависимости от того, в каком направлении растягивают древесину – вдоль или поперек. В первом случае показатель довольно велик, а во втором – он в 20 раз меньше и составляет 65 кгс/см2. Именно в связи с такими механическими чертами дерево редко используется при создании изделий, которые работают на поперечное растяжение.

Сжатие. Как и любое другие воздействие на древесину, оно может осуществляться как в продольном, так и в поперечном направлении. Если говорить о сжатии вдоль волокон, то стоит отметить, что в данном случае порода будет укорачиваться (именно так и будет проявляться вовне процесс деформации). При этом также стоит учитывать, что прочность древесины, которую сжимают не вдоль, а поперек значительно уменьшается, конкретно – в 8 раз. В лабораторных условиях дерево сжимают в радиальном и тангенциальном направлениях. В ходе проведения подобных экспериментов учеными доподлинно было установлено, что прочность у различных пород при сжатии является неодинаковой. Так, более высокими показателями при радиальном сжатии отличаются породы с сердцевинными лучами. С другой стороны, хвойные деревья проявляют достаточно высокие показатели прочности даже при тангенциальном сжатии.

Статический изгиб. Отличительная черта такого типа воздействия, как статический изгиб, состоит в том, что различные слои древесины получают различное воздействие, а именно – верхние слои древесины получают напряжение сжатия, а нижние — растяжения вдоль волокон. Между верхними и нижними слоями находится особый слой, который не испытывает какого-либо давления. Традиционно этот слой называют нейтральным. Изначально разрушение материала начинается в нижней растянутой зоне, в связи с чем разрываются крайние волокна древесины. Существует средний показатель прочности, который характерен для большого количества древесных пород, он составляет 1 000 кгс/см2 (при этом могут существовать отклонения от данного показателя в зависимости от уникальных показателей каждой конкретной породы, а также от уровня влажности).

Сдвиг. По существу, сдвиг – это деформация, которая представляет собой смещение одной части по отношению к другой. Существует несколько разных типов сдвига: скалывание (оно может происходить в любом направлении), а также перерезание. В этом случае особенно важно следить за тем, насколько прочным остается дерево. Так, скалывание вдоль негативно влияет на прочностные показатели, более прочной остается порода при поперечном скалывании.

Как мы смогли убедиться, прочность – это важнейшая механическая характеристика дерева. При этом на ее уровень могут влиять самые разные воздействия. Все эти факторы следует учитывать в процессе эксплуатации материала, чтобы не нарушить его целостность.

Другие основные механические свойства

Помимо прочности древесина характеризуется и другими механическими и физико-механическими свойствами. Рассмотрим подробнее основные из них.

Твердость

В первую очередь необходимо сказать о такой характеристике природного материала, как твердость. Твердость относится к важнейшим чертам материала и представляет собой способность сырья оказывать сопротивление по отношению к внедрению твердого тела определенной формы. Различают торцевую и боковую твердость (в зависимости от стороны материала, на которую оказывается воздействие). Торцевая твердость является более высокой по своим показателям.

Важно. Следует отметить такой факт: несмотря на то, что некоторые породы дерева отличаются повышенным уровнем твердости, данный материал все же уступает по данным характеристикам такому сырью, как, например, металл.

В зависимости от показателей твердости такой строительный материал, как древесина, подразделяется на 3 основные группы:

мягкие (например, сосна, ель, кедр, пихта, липа, осина, ольха, каштан и т. д.);
твердые;
особо твердые.

Соответственно, при изготовлении тех или иных изделий очень важно учитывать такой параметр, как твердость. Например, из мягких сортов желательно изготавливать декоративные элементы, а для создания опорных конструкций подойдут только особенно твердые разновидности.

Твердость древесины имеет решающее значение в ходе применения и обработки материала. В зависимости от ваших конкретных потребностей и сферы применения древесины наиболее актуальным и подходящим может оказаться тот или иной вариант.

Ударная вязкость

Еще одна важная характеристика, которая различается у определенных пород дерева (например, у клена и ели), – это ударная вязкость. Данное свойство обозначает и определяет способность материала поглощать динамические нагрузки. При этом, чем выше показатель ударной вязкости, тем меньше разрушений и нарушений целостности вы будете наблюдать на дереве в процессе приложения этих самых динамических нагрузок. В целом можно сказать о том, что для большинства пород данный показатель находится на достаточно высоком уровне.

Износостойкость

На износостойкость следует обращать особое внимание, так как именно данный параметр определяет то, способна ли древесина оказывать противостояние по отношению к продолжительным нагрузкам трения. В зависимости от того, насколько высока износостойкость, будет значительно различаться возможный срок эксплуатации материала. На уровень износостойкости решающее влияние оказывает направление распила и уникальные характеристики каждой конкретной породы дерева. При этом следует иметь в виду тот факт, что высокие показатели износостойкости характерны для торцевых поверхностей. По показателям износостойкости различается сухая и влажная древесина – первая обладает более высоким уровнем.

Способность удерживать металлические крепления

Как было сказано выше, дерево – это один из самых популярных, распространенных и востребованных материалов, который используется для создания мебели, декоративных элементов и большого количества других изделий. Соответственно, при его обработке в него вбивается большое количество креплений, чаще всего – металлических. Поэтому такой показатель, как способность удерживать металлические крепления, имеет важнейшее значение. Так, например, гвозди могут разрезать или раздвигать волокна дерева, а шурупы могут цеплять волокна.

Способность изгибаться

Для того чтобы создать функциональные и эстетически привлекательные изделия, дерево необходимо сгибать. В связи с этим способность изгибаться – это еще одно важное механическое свойство древесины. Следует учитывать, что разные породы характеризуются различными уровнями возможности сгибания. Так, например, в отношении хвойных пород действует правило о том, что при сгибании хвою необходимо смочить, а вот сухое дерево практически не гнется (а при приложении высокого давления оно и вовсе может сломаться).

Деформативность

Деформативные характеристики также являются важнейшими. Они влияют на то, насколько быстро (и могут ли вообще) древесные породы восстанавливаются после оказания на них кратковременного динамического воздействия. В сочетании с деформативностью важную роль играет и такая характеристика, как модель упругости.

В связи с тем, что древесина используется в самых разных сферах человеческой жизни и является одним из самых востребованных материалов, очень важно подробно знать все ее свойства. Соответственно, перед использованием материала для создания тех или иных изделий (например, мебели, декоративных элементов и т. д.) следует тщательно изучить все химические, физические и механические свойства. Только в таком случае созданное вами изделие будет прочным и надежным. Помните, что разные типы древесины пригодны для разных целей. Кроме того, некоторые породы вообще нельзя подвергать воздействию, иначе они попросту разрушатся. Эти знания особенно актуальны для профессиональных краснодеревщиков и других представителей строительной сферы.

Прочность — способность древесины сопротивляться разрушению от механических усилий, характеризующихся пределом прочности.
Прочность древесины зависит от направления действия нагрузки, породы дерева, плотности, влажности, наличия пороков.
Существенное влияние на прочность древесины оказывает только связанная влага, содержащаяся в клеточных оболочках. При увеличении количества связанной влаги прочность древесины уменьшается (особенно при влажности 20-25%). Дальнейшее повышение влажности за предел гигроскопичности (30%) не оказывает влияния на показатели прочности древесины. Показатели пределов прочности можно сравнивать только при одинаковой влажности древесины. Кроме влажности на показатели механических свойств древесины оказывает влияние и продолжительность действия нагрузок.

Твёрдость - это свойство древесины сопротивляться внедрению тела определённой формы.

Упругость, это эластичность, свойство восстанавливать свою форму. Прочность - способность сопротивляться разрушению

Прочность древесины — это свойство материала сопротивляться разрушению под действием внешних нагрузок. Наибольшие нагрузки выдерживает древесина дуба, бука, берёзы, лиственницы. Менее прочной является древесина липы, ели, ольхи, ясеня.

Упругость — свойство древесины восстанавливать свою первоначальную форму после прекращения действия нагрузки. Упругость зависит от влажности, плотности и возраста древесины. Чем древесина суше и плотнее, тем она более упругая. Древесина клёна, ясеня, бука, вяза и берёзы обладает большей упругостью, чем остальные древесные породы.

Древесина, как и любой конструкционный материал, обладает определёнными свойствами, которые нужно учитывать при изготовлении изделия. Различают свойства физические (плотность, влажность, цвет, запах) и механические (твёрдость, прочность, упругость). С такими свойствами, как цвет и запах древесины, вы уже ознакомились в 5 классе.

Рассмотрим физические свойства древесины. Плотность ρ древесины — это её масса m (г), занимающая единицу объёма V (см 3 ):

Если сухая берёзовая дощечка размером 10 х 10 х 1 см 3 (то есть объёмом 100 см 3 ) имеет массу 64 г, то плотность её будет равна: 64 : 100 = 0,64 г/см 3 .

Плотность сухой древесины составляет 0,35. 0,7 г/см 3 (350. 700 кг/м 3 ). Более плотной является древесина берёзы, клёна, ясеня, лиственницы, дуба (ρ = 0,64. 0,72 г/см 3 ), менее плотной — древесина липы, тополя, кедра, ели, осины, сосны (ρ = 0,4. 0,52 г/см 3 ).

Влажность древесины — это количество содержащейся в ней влаги. Влажность определяется отношением веса этой влаги к весу сухой древесины и выражается в процентах:

где m₁ — масса образца влажной древесины;

m₂ — масса этого же образца древесины после высушивания.

Если, например, масса бруска влажной древесины составляла 80 г, а после его высушивания — 50 г, то первоначальная влажность древесины была равна:

У свежеспиленного дерева влажность древесины очень высокая — около 80 %. Влага ухудшает механические свойства древесины, поэтому древесину сушат до тех пор, пока влажность не будет составлять 9. 15 %. Применяют следующие виды сушки древесины: естественную на воздухе (которая может длиться до 2 лет) и искусственную в специальных сушильных камерах (от 2 до 25 дней).

Рассмотрим механические свойства. Твёрдость — это свойство древесины сопротивляться проникновению в неё другого тела, например режущего инструмента во время резания или гвоздя при его забивании. По степени твёрдости породы древесины подразделяют на мягкие (ольха, тополь, липа, осина, ель, сосна), твёрдые (клён, ясень, лиственница, дуб, бук) и очень твёрдые (самшит, граб, акация, груша). Твёрдость древесины зависит от её влажности: чем суше древесина, тем больше её твёрдость.

Лабораторно-практическая работа № 3

Исследование плотности древесины

Получите у учителя образцы сухой древесины, измерьте их длину а, ширину б, толщину в и вычислите их объём V (в см 3 ). Результаты запишите в таблицу.
Взвесьте образцы и запишите их массу m в таблицу.
По формуле определите плотность древесины ρ.

Лабораторно-практическая работа № 4

Исследование влажности древесины

Получите у учителя образцы сухой древесины, взвесьте их и запишите массу m₂ в таблицу.
Проделайте такой опыт: опустите образцы в воду на 5-10 мин, затем извлеките их из воды и протрите насухо тканью; взвесьте образцы и запишите их массу m₁ в таблицу.
Определите разность масс (m₁ - m₂) и влажность древесины (В_л) по формуле, приведённой в § 2. Запишите результаты в таблицу.

Сравните влажность образцов и сделайте вывод, какая древесина впитывает влагу лучше, а какая — хуже.

Новые слова и понятия

Свойства древесины: физические (плотность, влажность), механические (твёрдость, прочность, упругость); сушка древесины.

Хуже впитывает – береза; Самыми влажными оказались – осина и сосна.

1. Как определяют плотность древесины?

Плотность древесины определяют при ее влажности в момент исследования и в абсолютно сухом состоянии. Плотность древесины — это её масса m (г), занимающая единицу объёма V (см3): р = m : V (г/см3).

2. Как вы думаете, почему у свежеспиленного дерева очень высокая влажность древесины?

В живом дереве по стволу поднимаются соки от корней до листьев, дерево питается и живет.

3. Каким образом определяют влажность древесины?

4. С какой целью сушат древесину?

Сушат древесину с целью улучшения её технологических качеств. Сырая древесина не имеет стабильности, расширяется или делает усадку и подвержена гниению. в производстве используют только сухую древесину.

5. Чем отличается упругость древесины от её прочности?

Рассмотрим физические свойства древесины. Плотность р древесины — это её масса т (г), занимающая единицу объёма V (см*):

У свежеспиленного дерева влажность древесины очень высокая — около 80 %. Влага ухудшает механические свойства древе сины, поэтому древесину сушат до тех пор, пока влажность не будет составлять 9… 15 %. Применяют следующие виды сушки древесины: естественную на воздухе (которая может длиться до 2 лет) и искусственную в специальных сушильных камерах (от 2 до 25 дней).

Теоретические сведения.

Механические свойства древесины.

Древесина, как строительный и поделочной материал, имеет огромное применение во всех видах нашей промышленности и в обиходе, но, применяя ее в том или в ином случае, всегда учитывают ее механические свойства, как то: крепость, раскалываемость, твердость и гибкость.

Крепостью древесины называется способность ее сопротивляться механическим усилиям: сжатию, изгибу, растяжению и т. п.
Крепость древесины испытывается на особых машинах. При этом количество килограммов, которое приходится на 1 кв. сантиметр испытываемой древесины считается величиной сопротивления ее и обозначается так „кг./кв. см.“ Наибольшая величина сопротивления, при которой древесина ломается, называется временным сопротивлением.
Сопротивление на сжатие испытывается вдоль волокон по направлению сердцевинных лучей (радиальное направление) и по направлению годичных колец, т. е. перпендикулярно направлению сердцевинных лучей (тангенциальное направление), и поперек волокон. Испытание делается на кубиках размерами 20X20 Х20 мм. или на призмочках размерами 30X20X20 мм., заготовленных из прямослойной здоровой древесины.

Сжатие древесины

При выборе размеров материалов для различных построек принимается во внимание не временное сопротивление, при котором уже разрушается древесина, а так называемое допускаемое напряжение или допускаемая нагрузка, при которой дерево может выдержать определенное давление, сохраняя свое строение. Так для дуба и бука принято допускаемое напряжение, равное 120 кг./кв. см., для сосны — 90 кг./кв. с/м.

Для испытания сопротивления на изгиб делаются брусочки размером 300X20X20 мм. При испытании брусочек концами свободно опирается на какую нибудь подставку, середина же нагружается до тех пор, пока брусочек сломается.

Прибор для испытания на изгиб

Так определено временное сопротивление.
У ясеня =1111 кг/кв. см.
у дуба— 944 ,
у бука= 940
у сосны = 832
у каштана= 644
у осины = 673
И в этом случае при постройках (балки, стропила, разные перекладины) руководствуются не временным сопротивлением, а допустимым напряжением, которое у дуба и бука = 125 кг/кв. см., а у сосны = 100.

Важное значение для допустимого напряжения или нагрузки, например, бруска имеет также форма поперечного сечения его. Если брусок имеет в поперечном сечении прямоугольник, то положенный плашмя он будет иметь меньшее сопротивление изгибу, чем положенный ребром. Поэтому во всех сооружениях балки и бруски с прямоугольным поперечным сечением укладываются на опоры ребром.
При изучении крепости древесины, испытания делаются и на сопротивление скручиванию, скалыванию и растяжению.

Испытание на скручивание

Присутствие в древесине сучков, гнили, косослойность ее, свилеватость, значительно уменьшают крепость древесины.

Образец для испытания древесины на растяжение

Раскалываемость древесины—это есть свойство делиться по направлению волокон. Так как сердцевинные лучи состоят из клеток, слабо сцепленных между собой, то древесина легче колется по направлению сердцевинных лучей. Степень расхалываемости зависит еще и от прямослойности дерева и от влажности: прямослойная и влажная древесина раскалывается легче.

Легко колются хвойные деревья, а также ольха, липа, дуб. Есть породы деревьев, которые совершенно не колются, как например: бакаутовое дерево.

Способом раскалывания дерева заготовляются дрань для кровель, клепки для бочек и кадок, спицы для колес и др Не одинаковую твердость различных древесных пород можно заметить по сопротивлению их режущим инструментам во время обработки. Испытание же древесины на твердость делается вдавливанием в нее стального полушара, площадь большего круга которого равна 1 кв. сантиметру. Сила, с которой этот полушар вдавливается выпуклой своей стороной на глубину радиуса, считается за меру твердости. Так, твердость в радиальном направлении у ясеня — 733 кг/кв. см.
у сосны = 231 кг/кв.см
у дуба =619
у ели = 160
у бука =713
От твердости зависит и изнашиваемость дерева, т. е. истираемость его на мостах, палубах пароходов, на полах и т. п.

Способность древесины при сгибании изменять форму, но не разрушаться, называется гибкостью ее. Степень гибкости очень различна у разных древесных пород. Высшая гибкость называется вязкостью. Вязкая древесина может быть сильно изогнута, скручена. Например, для связывания бревен в плоты часто пользуются не веревками, а скрученными побегами орешника, ели или сосны.
Гибкость и вязкость могут быть увеличены распариванием дерева. Этим свойством пользуются при изготовлении гнутой мебели ободьев и т. п.
Очень гибки бук, орешник. Особенно вязки молодые побеги
ивы, молодые ели и сосны. Противоположное свойству гибкости
хрупкость. Особенно большой хрупкостью отличается ольха: даже при незначительном сгибании она ломается.

Способность же древесины после сгибания или давления принять первоначальную форму называется упругостью. Для упругости есть предел, после перехода за который дерево не примет своей первоначальной формы. Большой упругостью отличаются ясень и акация.
Все эти свойства для каждой отдельной породы учитываются при выборе древесины на ту или иную деталь машины, на то или иное применение в строительстве, в производстве мебели и т. д.

Прочность древесины.

Прочностью древесины называется способность ее противостоять загниванию.
Прочность древесины зависит от многих причин: от условий роста, от возраста дерева, от условий хранения, от присутствия в древесине консервирующих веществ и др.
У дуба, например, в сырости заболонь загнивает быстро, ядр же очень прочно.
Почему? В клетках ядра скопляется танин, а он прёдохраняет древесину от гниения, как говорят, консервирует ее.
Так же консервирует древесину смола. В сосне больше смолы, в ёли—меньше, поэтому сосна прочнее ели.
Дуб и сосна считаются наиболее прочными породами.
Если древесина подвергается влиянию сырости, (лежит на сырой земле, мочится дождем) или подвергается действию прямых солнечных лучей, то прочность ее ослабляется: появляются трещины, в которых развивается гниль.
Большинство деревьев сохраняется хорошо только в сухом месте. Ольха и дуб очень стойки в воде.
Древесина от деревьев среднего возраста более прочна, чем от молодых или перезревших деревьев.

Формат: rar/ppt/doc. Размер архива: 0,97 КB. Слайдов: 14

Читайте также: