Изучение видов древесины для изготовления деревянной скамейки

XII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Изучение видов древесины для изготовления деревянной скамейки

Ведерников С.М. 1
1МБОУ г. Иркутска гимназия №3
Павловская Т.А. 1
1МБОУ г.Иркутска гимназия №3
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Лето 2020 для многих школьников оказалось без особых вариантов для отдыха: или дома, или на даче у бабушек с дедушками, пока родители работают. Мне повезло, что у меня есть бабушка, а у нее есть дача! Я люблю работать с деревом и на даче для бабушки из дерева сделал цветник, две грядки, стульчик маленький. Дом у бабушки на даче и забор выполнены из дерева. Учитывая, что я люблю работать с деревом, у меня появилась желание помогать обустраивать и дальше участок своей бабушки в деревянном стиле. Для этого необходимо знать свойства дерева, как материала, из которого строят различные изделия. От породы дерева зависит реакция пиломатериала на атмосферные явления, способность впитывать влагу и испарять ее.

Цель: Построить деревянную скамейку на даче.

Гипотеза: Предположим, не любой вид дерева подойдет для изготовления деревянного изделия для улицы.

Задачи:

1. Определить виды деревьев, используемые в качестве материала при изготовлении деревянных изделий.

2. Подготовить образцы деревьев для определения влияния воды на материал.

3. Определить опытно-экспериментальным путём воздействие воды на различные виды древесины.

4. Разработать модель скамейки для самостоятельного изготовления.

5. Изготовить скамейку.

Методы исследования:

- изучение литературных источников;

- эксперимент;

- наблюдение.

I. Виды древесины. Ее свойства

В деревообработке выделяют два вида породы древесины: хвойные и лиственные [1].

К хвойным породам, используемым в основном в деревообработке в России, относятся сосна, лиственница, пихта, ель, кедр. Основные характеристики хвойных пород представлены в таблице 1 [1].

Таблица 1

Виды и характеристики хвойных пород

Вид хвойной древесины

Характеристика

Сосна

Древесина прочная, умеренно легкая. На воздухе древесина сосны тускнеет, становится серой разных оттенков. Сосна мало усыхает, не деформируется в готовых изделиях. К ее достоинствам можно отнести легкость обработки.

Ель

Качество древесины более низкое, чем у сосны, по таким показателям, как прочность изделий и наличие сучков. В остальном является полноценным заменителем сосны. Достоинство - меньшая склонность к синению.

Лиственница

Изделия из лиственницы очень прочны, надежно служат в условиях переменной влажности. Древесина лиственницы тяжелее сосны и обладает более высоким сопротивлением. Отличается очень малой сучковатостью.

Пихта

Древесина более мягкая, белая, легкая, не смолистая. Хорошо сушится и обрабатывается. Может служить заменителем сосны и ели.

Кедр

Древесину кедра отличает стойкость против гниения. По прочности близка к ели и пихте, гладко режется во всех направлениях, легко обрабатывается.

К лиственным породам относятся дуб, береза, осина, липа, бук, орех. Основные характеристики лиственных пород представлены в таблице 2.

Таблица 2

Виды и характеристики лиственных пород

Вид лиственной древесины

Характеристика

Осина

Древесина легкая и мягкая, однородного строения. Очень хорошо режется, гнется и сушится.

Дуб

Древесина твердая, мало сучковатая, отличается стойкостью к гниению. Красивая текстура на всех срезах.

Липа

Древесина легкая и мягкая, однородного строения. Очень хорошо режется, гнется и сушится, почти не коробится.

Береза

Отличается высокой прочностью. Подвержена гниению при переменной влажности. Хорошо обрабатывается, строгается, гнется и полируется.

Бук

По прочности близок к дубу, но более хрупкий, подвержен гниению.

У древесины выделяют физические и механические свойства [1].

К физическим свойствам древесины относят внешний вид, влажность, тепловые, электрические и звуковые свойства, а также свойства, которые проявляются под воздействием электромагнитных излучений (таблица 3) [1].

Таблица 3

Характеристика физических свойств древесины

Вид физического свойства

Характеристика физического свойства

Внешний вид

Характеризуется свойствами: блеск, цвет, текстура и макроструктура

Влажность

Показатель, служащий для количественной характеристики содержания воды в древесине.

Усушка

Уменьшение линейных размеров и объема древесины при удалении из нее связанной воды. Удаление свободной воды не вызывает усушки

Коробление

Изменение формы пиломатериала при сушке, выпиловке и неправильном хранении

Влагопоглощение

Способность древесины поглощать влагу из окружающего воздуха.

Водопоглощение

Способность древесины увеличивать свою влажность при непосредственном контакте с водой.

Разбухание

Увеличение линейных размеров и объема древесины при повышении в ней содержания воды.

Плотность

Это свойство характеризуется массой единицы объема материала.

К основным механическим свойствам древесины относят прочность, твердость, ударную вязкость (Таблица 4).

Таблица 4

Характеристика механических свойств древесины

Вид механического свойства

Характеристика механического свойства

Прочность

Способность древесины сопротивляться механическим усилиям, характеризуется пределом прочности.

Твердость

Свойство древесины сопротивляться внедрению тела установленной формы и объема

Ударная вязкость

Способность поглощать механическое воздействие без разрушения.

Раскалывание

Свойство древесины, характеризующиеся уровнем сопротивления к раскалыванию

Удерживание металлических креплений

При вбивании в древесину гвоздя волокна перерезаются или раздвигаются т оказывают на гвоздь давление, которое называют трением, способным удерживать гвоздь

Изгиб

Способность дерева изгибаться

II. Практическое определение вида древесины в целях изготовления деревянного изделия для улицы

В практической части нашей работы мы решили изучить физические свойства древесины влагопоглощение, водопоглощение, разбухание и усушка, так как изготовленная скамейка предназначается для улицы. Цель данной работы - на основе полученных данных выбрать подходящий древесный материал и изготовить скамейку на даче.

2.1 Для проведения исследований нами были заготовлены и пронумерованы образцы древесины:

№1 — кедр, №2 — сосна, №3 — липа, №4 — осина, №5 — лиственница.

Фотографии образцов приведены в Приложении 1. Образцы были выбраны из доступных в продаже видов древесины на рынке строительных материалов в г. Иркутске. Для определения физических свойств древесины влагопоглощение, водопоглощение, разбухание, усушка были проведены эксперименты с заготовленными образцами.

Эксперимент № 1: определить проявления свойства разбухания среди заготовленных образцов (способность древесины увеличивать свою влажность при непосредственном контакте с водой).

Для каждого образца были проведены замеры его размеров (длины и ширины), после каждый образец был размещен в отдельную емкость с водой на 24 часа (рис.1). После нахождения в воде 24 часа для каждого образца были повторно проведены замеры длины и ширины. Данные эксперимента - в таблице 5.

рис 1 виды образцов , размещенные в емкости с водой для выполнения эксперимента 1

Таблица 5

Данные по эксперименту №1

Вид древесины

Размеры образца исходные, мм

Размеры образца после нахождения в воде, мм

Наблюдения при нахождении образцов в емкостях с водой.

Проявление свойства разбухания

Кедр

111х98

113х98

Образец практически полностью находился на поверхности. Верхняя часть поверхности высыхала

да

Сосна

100х100

100х100

Изменился цвет дерева на более насыщенный

нет

Липа

92х101

95х101

Объем воды в емкости заметно сократился

да

Осина

92х98

93х98

Без изменений

да

Лиственница

142х99

142х99

Образец практически полностью уходил под воду, при этом верхняя часть поверхности высыхала.

нет

По результатам эксперимента №1 определили, что липа и кедр увеличились в ширине, а сосна и лиственница не изменили размеров. Делаем вывод, что свойство разбухание не проявилось в образцах древесины сосны и лиственницы.

Эксперимент № 2: определить проявления свойства усушка среди заготовленных образцов (уменьшение линейных размеров ).

После выполнения эксперимента № 1 каждый образец был размещен в квартире с включенным отоплением. И через 3 месяца (30.10.2020) были выполнены замеры образцов относительно размеров, полученных в ходе эксперимента №1 после размещения в воде на 24 часа. Данные по эксперименту №2 представлены в таблице 6.

Таблица 6

Данные по эксперименту№2

Вид древесины

Размеры образца исходные, мм

Размеры образца после эксперимента №2, мм

Наблюдения при нахождении образцов в емкостях с водой.

Проявление свойства усушка

Кедр

113х98

112х98

Появилась трещина

да

Сосна

100х100

99х100

Без изменений

да

Липа

95х101

90х101

Без изменений

да

Осина

93х98

90х98

Без изменений

да

Лиственница

142х99

139х99

Появилась трещина

да

По результатам эксперимента № 2 определили, что под влиянием сухого воздуха от комнатных батарей у всех видов деревьев проявилось свойство усушка и в образцах кедра и лиственницы появилась трещина.

Эксперимент № 3: определить проявления свойства водопоглощение (это способность древесины увеличивать свою влажность при непосредственном контакте с водой).

Для измерения каждый образец был размещен в емкость с содержанием воды 700 мл на 12 часов. После нахождения в воде 12 часов в емкости для каждого образца было измерено количество оставшейся жидкости. Результаты эксперимента представлены в Таблице 7.

Таблица 7

Данные по эксперименту№3

Вид древесины

Объем воды до начала эксперимента, мл

Объем воды в емкости после проведения эксперимента, мл

Кедр

700

650

Сосна

700

650

Липа

700

600

Осина

700

580

Лиственница

700

630

По результатам эксперимента № 3 выявили, что все образцы впитали воду, но в большом объеме вода впиталась в образцах древесины липы и осины, таким образом данные виды древесины в большой степени поглощают воду.

Эксперимент № 4: определить проявления свойства влагопоглощение (это способность древесины поглощать влагу из окружающего воздуха).

30.06.2020 для каждого образца были проведены замеры его длины и ширины и затем каждый образец был размещен на дачном участке на улице в целях определить влияние атмосферных осадков на физические свойства древесины (лето 2020 было богато на дожди).

Затем 30.08.2020 проведены повторные замеры и зафиксирован внешний вид древесины. Данные по эксперименту № 4 представлены в таблице 7.

Таблица 7

Данные по эксперименту№4

Вид древесины

Размеры образца исходные, мм

Размеры образца после насыщения водой, мм

Внешний вид по состоянию на 30.08.2020

Проявление свойства разбухания/усушки

Кедр

111х100

112х100

Местами появились серые оттенки от влажности

разбухание

Сосна

100х100

100х100

Полностью потускнел образец, стал серого цвета

нет

Липа

92х100

92х100

Полностью стал серого цвета

нет

Осина

92х100

93х100

Полностью стал серого цвета

разбухание

Лиственница

142х100

142х100

Цвет потускнел, стал немного темнее

нет

По результатам эксперимента № 4 сделали вывод, что от воздействия атмосферных осадков не изменились размеры у сосны, липы, лиственницы. Цвет лучше всех сохранился у лиственницы.

Полученные результаты в ходе выполненной работы мы обобщили в одной таблице и оценили от 1 до 3, где 1 — свойство не проявилось, 2 — свойство проявилось незначительно, 3 — свойство проявилось значительно. Данные по выполненной оценке представлены в Приложении 2.

На основании полученных результатов нами были сделаны выводы:

1. У видов древесины лиственница, сосна физические свойства разбухание, влагопоглощение, водопоглощение проявились в меньшей степени.

2. У хвойных пород изначально древесина более влажная, чем у лиственных.

3. Физические свойства древесины проявляются в поперечных размерах и отсутствуют в продольных размерах.

4. На воздухе цвет изменяется на серый, но у лиственницы в меньшей степени.

Для изготовления деревянной скамейки для дачи на основании полученных результатов мы выбрали лиственницу.

III. Технология изготовления деревянной скамейки.

Для изготовления деревянной скамейки из лиственницы была построена модель скамейки 1:50 из конструктора Lego. Модель приведена на рис.1.

рис.1 модель скамейки

Далее выполнил изготовление заготовок для скамейки:

основания длиной 50 см — 9 шт.;

доски длиной 150 см — 9 шт.;

доски длиной 35 см — 6 шт.

Далее выполнил сборку деревянной скамейки рис.2 в соответствии с технологией, приведенной в Приложении 3.

Рис.2 изготовленная скамейка

Выводы

В нашей работе мы должны были определить: какой лучше вид древесины использовать для изготовления деревянной скамейки на даче.

В ходе выполнения работы:

- проанализировали литературные источники и узнали, какие виды древесины используются при строительстве;

- ознакомились со свойствами, которыми обладает древесина;

- подготовили образцы деревьев для определения влияния воды на материал;

- опытно-экспериментальным путем определили свойства деревьев, которые изменяются под воздействием воды или атмосферных осадков, так как деревянные изделия на улице подвергаются воздействию воды;

- на основании полученных результатов выбрали вид древесины — лиственница для изготовления деревянной скамейки;

- создали модель скамейки;

- изготовили деревянную скамейку.

По результатам выполненных работ в рамках данного проекта нами была установлена влияние воды на изменение физических свойств видов древесины. Для защиты древесины от влияния водных факторов в настоящее время используются различные виды покрытий (лаки, краски, пропитки и др.) В дальнейшем я планирую изучить виды покрытий, используемых для защиты деревянных поверхностей от атмосферных явлений.

Литература:

1. ГОСТ 16483.0-89 Древесина. Общие требования к физико-механическим испытаниям

2. Древесиноведение и лесное товароведение: учебник. – М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2007

3. Справочник по древесине, Боровиков А.М. , Уголев Б.Н., М., Лесная промышленность,1989

4. Строение, характеристика и свойства древесины / И.В. Мельников, 2012 —(Деревообработка).

Приложение 1

Образцы древесины для экспериментов №1, №2, №3, №4

Приложение 2

Обобщенные результаты, полученные в ходе выполнения работы

вид древесины

Разбухание

(эксперимент №1)

Усушка

(эксперимент №2)

Водопоглощение

(эксперимент №3)

Влагопоглощение

(эксперимент №4)

Цвет

№1 — кедр

3

2

2

2

3

№2 — сосна

1

2

2

1

3

№3 — липа

3

2

3

1

3

№4 — осина

2

3

3

2

3

№5 — лиственница

1

2

2

1

2

Приложение 3

Технология изготовления деревянной скамейки

№п.

Вид действия

Пример

1.

Приготовить шуруповерт, шурупы (100шт), пилу

 

2.

Выполнить заготовку оснований из листвякового бруса 10смх10см длинной 50 см, покрасить – 9 шт

 

3.

Напилить доски из лиственницы шириной 10 см и длиной 150 см, покрасить – 7 шт

 

4.

Напилить доски из лиственницы шириной 10 см и длиной 35 см, покрасить – 6 шт

 

5.

Прикрутить 2 доски длиной 150 см к 3 основаниям

 

6.

Прикрутить 2 доски длиной 150 см к 3 основаниям

 

7.

Прикрутить 3 доски длиной 150 см к 3 основаниям

 

8.

Сложить полученные конструкции согласно схеме

 

9.

Прикрутить заготовки длиной 35 см к собранной скамейке.

 
Просмотров работы: 9