XXI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Свойства древесины
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Современный человек является основным потребителем ресурсов нашей планеты. К сожалению, он наносит вред экологии Земли, загрязняя ее пластиком, химическими отходами, вредными выбросами и т.д. и это становится основной проблемой для людей и планеты. Поэтому сегодня очень актуальна тема применения экологически чистых материалов, в различных сферах деятельности человека. Одним из таких материалов является древесина. Древесина является одним из самых распространенных и экологичных ресурсов в мире. Она использовалась людьми с древних времен в строительстве и быту.
В данной работе, мы рассмотрим строение древесины, ее свойства, которые можно использовать на практике, позволяя уменьшить вредное воздействие человека на окружающую среду.
Цель работы: изучение свойства древесины изменять размеры и форму, после воздействия воды и температуры. Описание области применения данного свойства древесины на практике.
Задачи:
1. Изучить строение древесины.
2. Изучить свойства древесины.
3. Доказать способность древесины менять размеры и форму.
Гипотеза: предположим, что образцы древесины изменят размеры и форму.
Методы исследования:
В работе были использованы эмпирические методы – эксперимент, наблюдение, сравнение.
Основная часть.
-
-
Строение древесины
-
Древесина - это ткань, содержащаяся в стеблях и корнях деревьев. Строение древесины можно изучать невооруженным глазом и под микроскопом.
Для изучения древесины был взят образец спила сосны (прил. А). При его рассмотрении, можно различить следующие основные части: кору, древесину и сердцевину. Кора защищает дерево от вредителей и различных механических повреждений. В коре содержится много полезных веществ, которые широко применяются в медицине, например, корой дуба лечат заболевания десен.
Под корой у растущего дерева располагается слой живых клеток. Ежегодно в нем откладывается в сторону коры и внутрь ствола, новые клетки древесины. Они начинают расти весной и заканчивают осенью. Поэтому древесина ствола в поперечном срезе состоит из ряда годичных колец, располагающихся вокруг сердцевины. По количеству колец можно определить возраст дерева. Сердцевина состоит из мертвых клеток и является очень прочной. В древесине всех пород располагаются сердцевинные лучи, которые служат для перемещения влаги и питательных веществ и создании запаса этих веществ на зимнее время. Древесина легко раскалывается по сердцевинным лучам, по ним же она растрескивается при высыхании.
Для изучения древесины был использован микроскоп Микромед и готовый образец среза ствола сосны. Под микроскопом видно, что клетки древесины сосны состоят из двух видов, одни имеют прозрачный цвет, а другие желтые, так как заполнены смолой (прил. Б).
-
-
Физические характеристики древесины.
-
Древесина, как любое твердое тело, обладает рядом физических свойств:
1. Внешний вид древесины
Он характеризуется следующими свойствами: цветом, блеском, текстурой.
Под цветом древесины понимают определённое зрительное ощущение. Цвет — одна из важнейших характеристик внешнего вида древесины. Окраска древесины зависит от породы, возраста дерева, климата района произрастания. Древесина может изменять цвет при выдержке под влиянием воздуха и света, при поражении грибами, а также при длительном нахождении под водой. Тем не менее, цвет многих пород настолько уникален, что может служить одним из признаков при их распознавании.
Блеск — это способность древесины направленно отражать световой поток. Наибольшим блеском отличается древесина дуба, бука, белой акации.
Текстурой называется рисунок, образующийся на поверхности древесины при перерезании годичных слоёв, сердцевинных лучей.
-
Плотность.
Древесина может иметь различную плотность в зависимости от вида дерева. Самой плотной считается древесина дуба, лиственницы, а наименьшей плотностью обладают осина, ель и пихта.
3.Влажность.
Древесина содержит определенное количество влаги, которое может изменяться в зависимости от условий окружающей среды. Чем выше влажность воздуха, тем больше влаги впитывает древесина.
4.Звукопроводность.
Древесина имеет способность передавать звуковые волны. Разные породы дерева могут иметь различную звукопроводность, что используется, например, при производстве музыкальных инструментов.
-
-
Механические характеристики древесины.
-
Механические характеристики древесины определяют ее физическую прочность и способность выдерживать механические нагрузки. Вот некоторые основные механические характеристики древесины:
1. Твердость.
Cвойство древесины сопротивляться воздействию внешних сил или износу. Твердость может колебаться в зависимости от типа древесины. Например, твердые породы дерева, такие как дуб или бук, обычно имеют большую твердость, чем мягкие породы, такие как сосна или ель.
2. Упругость.
Древесина обладает упругостью, которая позволяет ей возвращаться в исходное состояние после снятия механической нагрузки.
-
-
Применение древесины.
-
Благодаря своим свойствам, древесина может широко применяться в различных сферах:
1. Строительство: древесина используется в строительстве домов и их элементов, например, при изготовлении дверей, рам для окон, напольных покрытий.
Дома из древесины сегодня строятся не только для загородного малоэтажного жилья, в мире наблюдается настоящий бум строительства высотных зданий из древесины, во многих странах Европы уже строятся деревянные многоэтажные дома. В России в 2022 г. в Вологодской области были построены первые многоэтажные здания, практически полностью сделанные из древесины, в которых располагаются 32 квартиры. Самое высокое деревянное здание в мире построено в Норвегии в 2022 г. Его высота 85,4 м или 18 этажей (прил.В).
2. Мебель: древесина используется для изготовления мебели, такой как столы, стулья, шкафы и кровати. Она придает мебели естественный и теплый вид, а также обладает прочностью, необходимой для ежедневного использования.
3. Топливо: древесина используется в качестве источника топлива. Она может быть использована для отопления домов и зданий, а также для приготовления пищи. Дрова и древесные паллеты широко используются в качестве экологически чистого и доступного источника тепла.
4. Бумага: целлюлоза, получаемая из древесины, используется в производстве бумаги. Бумага используется в письмах, книгах, журналах, упаковке и многих других сферах. Древесина также используется в производстве картона и других упаковочных материалов.
5. Ландшафтный дизайн: деревья и кустарники из древесины используются для создания зеленых насаждений, покрытий и ограждений в ландшафтном дизайне. Они придают саду и парку естественность и красоту, а также служат для создания тени и защиты от ветра.
6. Ремесла: древесина используется в ремесленном производстве для создания различных изделий, таких как скульптуры, гравюры, резьба по дереву, музыкальные инструменты и многое другое. Ручная работа из древесины вручную создает уникальные и ценные предметы.
1.5 Полезные свойства древесины для человека.
Популярность древесины обусловлена не только ее естественной красотой и прочностью, но и положительным влиянием на здоровье человека и его комфортную жизнь.
Одним из главных достоинств древесины является ее экологическая безопасность. В отличие от синтетических материалов, которые содержат токсичные вещества, древесина не имеет таких проблем. Она абсолютно безопасна для здоровья человека и не загрязняет окружающую среду. К тому же, дерево обладает уникальными антибактериальными свойствами. Исследования показывают, что поверхности из дерева менее подвержены размножению бактерий по сравнению с другими материалами. Это особенно актуально для мебели или предметов интерьера, которые постоянно контактируют с человеком. Древесина способствует созданию более гигиеничной среды и защищает от возможного развития инфекций.
Помимо этого, дерево обладает уникальными теплоизоляционными свойствами. Оно сохраняет жару в холодное время года и прохладу в жаркую погоду, что позволяет создать комфортный микроклимат в помещении. Благодаря этому, использование древесины в строительстве и отделке помещений может значительно снизить затраты на отопление или кондиционирование.
Дома, построенные из сосны, ели, лиственницы обладают удивительным целебным свойством выделять фитонциды – полезные для человека биологически активные вещества, нейтрализующие действие разнообразных бактерий, вирусов и микробов.
Они также обеззараживают воздух. Чистый и свежий воздух способствует повышению тонуса человека и укреплению его иммунитета. Здоровье становится крепче, а сон спокойней. Летучие фитонциды также обладают способностью проникать через легкие и кожу в организм человека. Не случайно люди, живущие в лесных районах, гораздо меньше подвержены заболеваниям верхних дыхательных путей по сравнению с горожанами.
-
Практическая часть.
На основании вышеизложенного материала, был проведен ряд экспериментов и наблюдений.
Цель: изменить размеры и форму опытных образцов древесины.
Необходимые материалы:
- образец древесины сосны;
- палочки для эскимо;
- ножовка по дереву;
- тиски;
- ёмкость для кипячения;
- дрель;
- болт.
Ход эксперимента 1: из образца древесины вырезаем ножовкой по дереву профиль буквы «Ш» (прил.Г). Помещаем один из концов образца в ёмкость с кипящей водой, кипятим не менее 1 часа (прил.Д). С максимально возможным усилием сжимаем прокипяченный конец в тисках до тех пор, пока он не уменьшится в длину приблизительно на 2/3 и сушим заготовку в таком положении 24 часа (прил.Е). Далее вынимаем нашу заготовку из тисков и в средней части буквы «Ш», со стороны сжатого элемента, высверливаем отверстие и вставляем в него болт. Получившееся изделие помещаем, деформированным концом, в ёмкость для кипячения и кипятим до тех пор, пока не восстановятся первоначальные геометрические размеры, время кипячения составило не менее 30 минут. В ходе проведения эксперимента было проведено 2 неудачных попытки, которые связаны с нарушением длительности процессов кипячения и сушки в тисках. В первом случае заготовка кипятилась менее часа, в результате древесина не достигла нужной пластичности и гибкости и не сжалась в тисках до нужного уровня, во втором случае образец не был высушен в тисках 24 часа и при повторном сжатии в тисках надломился (прил.Ж). Только соблюдение временных рамок на протяжении всех этапов эксперимента позволило его успешно завершить (прил.З).
Результат эксперимента 1: в ходе эксперимента, было доказано, что после кипячения и усушки (методом сжатия в тисках), древесина сосны способна изменять свои размеры и возвращаться в исходное состояние.
Ход эксперимента 2: помещаем деревянные палочки для эскимо в емкость с кипящей водой и кипятим не менее 1 часа, далее оставляем остывать, не вынимая их из воды. После охлаждения, вынимаем палочки из воды и сгибаем их в форму кольца (прил.И).
Результат эксперимента 2: в ходе эксперимента, было доказано, что после кипячения и длительного нахождения в воде, древесина способна изменять свою геометрическую форму.
3. Заключение
В данной работе были изучены строение и свойства древесины, посредством экспериментов доказана гипотеза.
Так как в настоящее время наблюдается повышенный интерес к традиционным, экологически чистым материалам, к числу которых относится и древесина, данная работа является актуальной и дает возможность использовать привычный материал более широко, а доказанные свойства древесины помогут в дальнейшем разрабатывать из нее новые материалы для различных сфер жизни человек. Рассмотренные свойства древесины позволят отказаться от использования клея при строительстве и производстве предметов интерьера, детских игрушек, делая их более безопасными. Так же, можно отметить, что затраты энергии на производство древесины существенно ниже затрат на производство других строительных материалов и она является возобновляемым ресурсом, что поможет удешевить строительство и сделать жилье более доступным для людей.
Отсюда можно сделать вывод, что при грамотном и рачительном использовании древесина может стать материалом будущего.
Данное исследование можно включить в курс предметов окружающий мир и технология, с целью ознакомления учащихся со свойствами древесины и возможностями ее использования, для сохранения нашей планеты будущим поколениям.
4. Список литературы:
1. Древесина // Википедия URL: https://ru.wikipedia.org
2. Экологически значимые свойства древесины. Влияние деревянного дома на здоровье человека // obuchonok.ru URL: https://obuchonok.ru/node/4219
3. Экологически чистый материал: древесина. https://sawwood.ru/log/414
4. Фанерные небоскребы. Мировой бум деревянных высоток добрался до России. Окажутся ли они дешевле и безопаснее бетонных? https://lenta.ru/articles/2022/10/23/vysotkiisdereva/?ysclid=lnzjd0dp9x224785951
5. Соколики. Первые многоэтажки из дерева в России https://vk.com/cltsokoliki?ysclid=lnzjz1ildw777959490
5. Приложения
Приложение А
Приложение Б
Приложение В
Приложение Г
Приложение Д
Приложение Е
Приложение Ж
Приложение З
Приложение И