IX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Физика древесины в декоративно-прикладном творчестве
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
ВВЕДЕНИЕ
|
Древесного пульса биение Под именем скрыто любым, И руки искусного гения Вдруг сделают имя живым. Как мало осталось тех гениев, Кто может секрет передать, Вплетая его в сокровенную, Волшебно-древесную гладь. |
Особое место в художественной обработке изделий из древесины получила ручная резьба по дереву. В деревянном зодчестве человек еще с древних времен находил пользу и красоту. Наибольшее развитие в России ручная резьба получила к началу XX века. На это повлияли природные условия, традиции и многовековой опыт. Древесина была самым доступным материалом и легко обрабатывалась. Каждый хозяин стремился украсить свой дом.
Актуальность: в последние годы наблюдается всё больший интерес к восстановлению традиционных видов народного искусства. Становится чрезвычайно актуальным изучение и возрождение народных промыслов, которое может способствовать сохранению многих ценных элементов художественного творчества, истоки которого нужно искать в произведениях старых мастеров - профессионалов и в работах народных умельцев.
Существует мнение, что изучение данной темы является полным и не представляет интереса для дальнейшего исследования. Однако увлекаясь ручной резьбой по дереву, и изучая опыт работы современных резчиков и педагогов художественно-прикладного творчества, я сделал вывод, что самостоятельное обучение и овладение техникой резьбы по дереву основано только на изучении опыта и мастерства резчиков, но не предполагает научного подхода, основанного на глубоком и всестороннем изучении физики древесины.
А формирование представления о способах ручной обработки древесины на основе изучения физики древесины, на мой взгляд, в настоящее время весьма актуально.
Гипотеза: я предполагаю, что изучение физики древесины при самостоятельном овладении техникой ручной обработки древесины является востребованным современным обществом.
Цель работы: исследовать физику древесины различных пород и использовать полученные данные при создании художественных изделий из дерева.
Задачи работы:
1. Изучить специальную литературу о физике и различных техниках обработки древесины.
2. Исследовать технические особенности и различия техники «Кудринской резьбы» и резьбы по дереву в технике «Татьянка».
3. Выявить зависимость мастерства резчика от углубленного изучения физики древесины различных пород.
Методы исследования: теоретические (изучение и анализ информации) и эмпирические (наблюдение, сравнение и эксперимент).
Объект исследования: «Кудринская резьба» и резьба по дереву в технике «Татьянка».
Предмет исследования: физика древесины в художественно-прикладном творчестве.
2.Основная часть.
2.1. Выбор породы древесины для резьбы.
Для резьбы по дереву используют различные породы древесины. Выбор той или иной породы зависит от назначения и формы украшаемого изделия и вида резьбы. Из лиственных пород деревьев часто для резьбы применяет липу. Древесина липы легко и чисто режется, мало подвержена растрескиванию и короблению. Древесина ольхи также легко режется, мало коробится, хорошо воспринимает отделку и имитируется под другие породы, например под красное дерево.
Прекрасный материал для резьбы – береза. Она тверже липы и ольхи и режется труднее, но качество резьбы лучше. Древесина березы хорошо окрашивается и отделывается. Ее недостатки – способность легко поглощать и отдавать влагу, а также склонность к короблению и растрескиванию, что не позволяет применять ее в больших изделиях.
Дуб издавна применяли для крупных декоративных резных работ и изготовления мебели с резьбой. Резьба по дубу сложна и трудоемка из-за высокой твердости древесины и склонности скалываться, но очень выразительна и декоративна. Древесина бука по твердости близка к дубу, но дает меньше сколов, так как она более однородна.
Древесина ореха – наилучший материал для резных работ. Она прекрасно режется во всех направлениях, редко скалывается и позволяет выполнять самую точную резьбу. Для высокохудожественных резных изделий малых форм древесина ореха считается наилучшим материалом.
Для мелких изделий, украшаемых резьбой, используют и более редкие породы древесины: яблоню, черешню и т.д. Из хвойных пород для резьбы применяют древесину сосны, ели, кедра, тиса. Из сосны издавна вырезали украшения для наличников, икон, карнизов, ворот. Эта резьба крупная, поэтому неравномерность в плотности слоев ранней и поздней древесины хвойных пород не затрудняет работу.
2.2.Зависимость обработки древесины от ее физических свойств.
Значительную роль в искусстве резьбы по дереву играют точные науки, физика, химия. Поведение тех или иных пород древесины в различных условиях обработки, оптимальный влажностно-температурный режим – все это имеет немаловажное значение при создании декоративных элементов работы.
Древесина легко обрабатывается режущими инструментами, имеет малую теплопроводность, достаточно высокую прочность, при небольшой массе, хорошую сопротивляемость ударным и вибрационным нагрузкам, в сухой среде долговечна. Вместе с тем древесина имеет недостатки: она гигроскопична, вследствие чего может разбухать и подвергаться усушке, короблению и растрескиванию.
Породы древесины отличаются внешним видом (цветом, блеском, текстурой) и запахом.
Цвет древесине придают красящие и дубильные вещества, смолы и продукты их окисления, заключенные в полостях клеток или пропитывающие их стенки. Древесина многих пород изменяет свою окраску под влиянием воздуха, влаги и света. Например, при вырезании полотно березы имеет красивый светло коричневый цвет, но по завершении работы влага с поверхности полотна испаряется и поверхность приобретает всем известный светлый цвет березы. В таких случаях, если работа еще не завершена, необходимо соблюдать температурный режим в помещении и для сохранения природной влажности поверхностного слоя древесины накрывать изделие тканью в перерывах от работы.
Что касается природного цвета древесины, то цвета разнообразны: от почти белого (пихта, осина) до черного (черное дерево); они зависят от климатических условий, возраста и зоны произрастания дерева. Древесина южных пород отличается, как правило, яркими цветами, а также плотная древесина темнее мягкой древесины. Цвет важен для изделий, подлежащих прозрачной отделке, например лаком.
Блеск древесины в основном зависит от ее плотности, количества и размеров сердцевинных лучей. Блеск также как и цвет ценен в изделиях, не подлежащих окраске.
Текстура – это естественный рисунок на обработанной поверхности древесины, образованный при резьбе ее волокон, годичных слоев и сердцевинных лучей. Породы со слабо развитыми сердцевинными лучами и неясно выраженными годичными слоями не обладают красивой текстурой.
Древесину с красивой текстурой имеют дуб, ясень, орех и др. Древесину с хорошо выраженной текстурой используют для изделий, поверхность которых отделывается прозрачными лаковыми материалами и морилками, так как морилка имеет свойство проникать в верхний слой полотна и подчеркивает текстуру дерева.
Плотность древесины характеризуется отношением массы образца к его объему и в значительной степени зависит от влажности. Древесину можно разделить на три основные группы:
с малой плотностью (до 540 кг/м3) – например, сосна, ель, пихта, кедр, тополь, ольха, липа, осина;
со средней плотностью (от 550 до 740 кг/м3) – лиственница, береза, дуб, вяз, клен;
с высокой плотностью (более 750 кг/м3) – акация белая, граб, самшит, саксаул, кизил.
С плотностью древесины непосредственно связана ее прочность: более плотная, тяжелая древесина прочнее легкой. Древесина плотных и средней плотности пород хорошо поддается обработке резанием, легко шлифуется, лакируется, полируется и при резьбе образует красивую гладкую поверхность. Породы с малой плотностью хуже поддаются такой обработке, но зато хорошо и легко изгибаются без излома. Плотность древесины различна даже в пределах одного годичного слоя. Плотность поздней древесины в 2–3 раза выше, чем плотность ранней.
Влажность характеризует степень насыщения древесины влагой, которая пропитывает оболочки клеток и заполняет их полости и межклеточные пространства Влажность – выраженное в процентах отношение массы влаги, находящейся в данной заготовке, к массе абсолютно сухой древесины. Влага, пропитывающая клеточные оболочки, называется связанной (гигроскопической), а заполняющая полости клеток и межклеточные пространства – свободной (капиллярной). Максимальное количество связанной влаги при условии, что в полостях и порах древесины находится только воздух, называют пределом гигроскопичности. Влажность, соответствующая пределу гигроскопичности при температуре 20°С, составляет 30 % и практически не зависит от породы.
При изменении количества свободной влаги форма, размеры и свойства древесины в значительной степени не изменяются, увлажненная древесина легче обрабатывается режущими инструментами. Эту влагу легко удаляется из древесины при сушке изделия. Изменение же количества связанной влаги приводит к значительному изменению формы, размеров и физики древесины. Испарение такой влаги при подготовке к работе с древесиной требует больших затрат энергии.
Различают следующие степени влажности древесины:
мокрая древесина – длительное время находившаяся в воде (выше 100 %);
свежесрубленная –50–100 %;
воздушно-сухая – долгое время хранившаяся на воздухе (15–20 %);
комнатно-сухая (8–12 %);
абсолютно сухая –0 %.
Поэтому при выборе заготовки для будущего изделия очень важно уметь определять влажность древесины.
К группе свойств, связанных с влагой, относятся также водопоглощение, влагопроводность, усушка, разбухание, коробление и растрескивание.
Влагопроводностъ характеризует скорость высыхания древесины, испарение влаги с поверхности и перемещение ее из внутренних, более влажных слоев и зависит от влажности, температуры и плотности древесины. Выше приведенный пример изделия из березы тому подтверждение.
Водопоглощение – способность древесины поглощать влагу из окружающей среды. Процесс увлажнения происходит постепенно, вплоть до предела гигроскопичности. Водопоглощение – отрицательное качество, поэтому для снижения водопоглощения готовое изделие покрывают красками, лаками и смолами.
Усушка – это уменьшение линейных размеров и объема древесины при высыхании. При распиливании заготовок из сырых материалов к размерам их ширины и толщины даются припуски на усушку. Степень усушки зависит от плотности древесины: чем плотнее древесина, тем больше ее усушка, так как в плотной древесине больше древесного вещества (стенок клеток), следовательно, больше гигроскопической влаги.
В результате неравномерного распределения влаги при высыхании в древесине появляются внутренние напряжения, которые затем вызывают коробление и трещины. Явление, обратное усушке, т.е. увеличение линейных размеров и объема при повышении влажности, называется разбуханием.
На основании выше изложенного делаю вывод:
физические свойства различных пород древесины, а именно поведение различных пород древесины в определенных влажностно-температурных условиях, в которых дерево произростает, транспортируется, хранится и обрабатывается, влияют не только на дальнейшую ценность моего изделия художественно-прикладного творчества, но и на податливость древесины тем способах и техникам которыми я ее обрабатываю.
2.3. Зависимость технических особенностей «Кудринской резьбы» и резьбы в технике «Татьянка» от физики древесины.
Используемые мною техники плоскорельефной художественной резьбы по дереву относятся к области декоративно-прикладного искусства. Это может быть резьба, где орнамент лежит в одной плоскости с фоном изделия, а также резьба, у которой низкие точки рельефа расположены ниже фона, верхние точки находятся на его уровне. К ней относится не только резьба на прямолинейных плоскостях, но и на криволинейных, выпуклых и вогнутых. В технике плоскорельефной резьбы могут быть выполнены достаточно сложные и оригинальные композиции, подчас фантастические. Но для выполнения таких работ очень важно знать физику разных пород древесины.
Техника «Татьянка» возникла в 1990 году в результате творческого эксперимента и стала целой художественной системой создания многослойной растительной композиции из дерева. Ее особенность основана на принципе единичной обработки каждого слоя, поэтому здесь очень важно учитывать физику выбранной для изделия заготовки. Так как техника «Татьянка» - это плоскорельефная резьба по мягким породам древесины (таким как:липа, осина, ива, ель, тополь, ольха, кедр) из древесных лиственных пород наиболее часто применяю липу.
Древесина липы из-за ее мягкости легко и хорошо режется, имеет одинаковую текстуру и цвет, что необходимо мне при создании композиции. Подсыхающую в процессе работы заготовку необходимо периодически увлажнять, чтобы поддерживать ее в рабочем состоянии. Это можно сделать заранее, промачивая торцы, так как в данном случае свободная жидкость хорошо проникает в межклеточное пространство древесины.
Ольха. Эта порода дает легкую и мягкую древесину однородного строения. Цвет ее в свежесрубленном состоянии белый, на воздухе она быстро приобретает красновато-бурый цвет. Древесина ольхи немного тверже липовой и лучше, легче, чище режется. Она хорошо принимает различную отделку и имитируется под другие породы. Все это делает ее ценным материалом для всех видов резьбы.
Орех. Ядровая, твердая порода. Цвет и текстура ореха очень красивые. Орех режется очень хорошо, чисто, редко смачивается и допускает тонкую резьбу; древесина его хороша на мебели как на резьбе на массиве, так и накладной резьбе в сочетании с другими породами. Для высокохудожественных мелких резных изделий в технике «Кудринская резьба» орех является наилучшим материалом.
В отличие от Татьянки для Кудринской резьбы подходит древесина различной плотности.
Береза. Безъядровая, заболонная порода. Древесина ее средней твердости, однородного строения, белого цвета с красноватым или желтоватым оттенком. Береза очень хорошо, легко и чисто режется, шлифуется и отделывается. Но древесина березы легко и быстро отзывается на изменение температуры и влажности воздуха, она, как говорят, «дышит», т.е. сильно коробится, трескается, усыхает и разбухает. Однако береза мой самый любимый материал, который в процессе работы «дышит» запахом русского леса.
Особенностью прочностных характеристик любой древесины является то обстоятельство, что они зависят от влажности материала. Существенное влияние на свойства древесины оказывает только гигроскопическая влага, содержащаяся в клеточных стенках, причем уменьшение количества связанной (гигроскопической) воды ведет к увеличению прочности.
Весьма интересной представляется связь основного закона динамики – второго закона Ньютона – и формирования строения древесины в растущих в наклоненном положении или подвергающихся действию внешней нагрузки во время роста стволах.
Если пренебречь суточным вращением Земли, то сила тяжести и сила гравитационного тяготения (по закону всемирного тяготения) равны между собой. По мере роста наклоненных стволов, а также ветвей их масса увеличивается и соответственно увеличивается гравитационное притяжение. В стволе растущего дерева формируется креневая и тяговая, или реактивная (имеется в виду реакция на гравитацию или внешнюю нагрузку), древесина. Креневая древесина встречается у хвойных, а тяговая - у лиственных пород. Реактивная древесина служит упрочнению ствола. Креневая и тяговая древесина отличаются строением, химическим составом и физико-механическими свойствами от нормальной древесины.
Одним из фундаментальных понятий физики является понятие энергии, которую можно кратко определить как функцию состояния системы, характеризующую способность выполнения работы. Данное соотношение используется при изучении одного из важных эксплуатационных свойств древесины – способности сопротивляться действию динамических нагрузок, называемой ударной вязкостью, а также ударной твердости. Ударная твердость древесины зависит от ее влажности и плотности.
Физические свойства древесины разных пород отличаются, поэтому приходится затрачивать различные усилия при обработке разных пород, так как с возрастанием плотности древесины трудней ее обрабатывать. Меньше усилий затрачивается на обработку влажной древесины, так как ее сопротивление разрушению ниже, чем сухой.
Таким образом, для каждой техники резьбы существует не только определенный перечень используемых пород, но и, выбирая заготовку, мы учитываем физические свойства конкретного образца, которые зависят не только от породы дерева, но и от многих других факторов.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
|
Нет тут особой статьи! В.Смелостев |
В ходе исследования я подтвердил, что изучение физики древесины при самостоятельном овладении техникой ручной обработки древесины является очень востребованным для новичков в резьбе по дереву.
В данной исследовательской работе не ставилась цель провести глубокое и детальное изучение физики древесины, но даже краткое (обзорное) изучение позволяет сделать вывод, что изучение физики заготовки будущего изделия существенно влияет на создание высокохудожественного изделия из дерева.
Список использованных источников и литературы:
Электронный архив УГЛТУ "Технология и оборудование лесозаготовительных и деревообрабатывающих производств", 2007г.
Физика 9 класс, А.В.Перышкин, Е.М.Гутник, 2019г.
Физика древесины: учебное пособие – Кострома: Изд-во КГТУ, 2009.
13