Виды и свойства конструкционных материалов. Древесина. Практическая работа: изучение свойств древесины.

Тема “Виды и свойства конструкционных материалов. Древесина. Практическая работа: изучение свойств древесины.” изучается в 5 классе по технологии. Конструкционные материалы используются в различных областях техники и строительства. Существует множество видов конструкционных материалов, таких как металл, бетон, пластик, стекло, композиты и древесина. Каждый из этих материалов имеет свои особенности и свойства, которые определяют область его применения.

Скачать презентацию

Виды и свойства конструкционных материалов

1. Металл. Металлы, такие как сталь, алюминий и медь, обладают высокой прочностью и устойчивостью к механическим воздействиям. Они широко применяются в строительстве, машиностроении, судостроении и других отраслях. Сталь используется для создания каркасов зданий, а алюминий — для создания легких конструкций и транспортных средств.
2. Бетон. Бетон — это искусственный камень, который получают путем смешивания цемента, воды и заполнителей (песок, гравий). Он обладает высокой прочностью и устойчивостью к воздействию влаги и температурных изменений. Бетон используется в строительстве зданий, мостов, дорог и других инженерных сооружений.
3. Пластик. Пластики представляют собой синтетические материалы, которые отличаются легкостью, долговечностью и устойчивостью к коррозии. Они широко применяются в производстве труб, деталей машин, упаковки и бытовых товаров. Пластики легко формуются и могут иметь разнообразные свойства в зависимости от добавок и технологии производства.
4. Стекло. Стекло обладает высокой прозрачностью и используется в строительстве для остекления зданий, а также в автомобилестроении и изготовлении посуды. Оно может быть разным по своим свойствам — от простого оконного стекла до закаленного, которое обладает повышенной прочностью и устойчивостью к повреждениям.
5. Композиты. Композитные материалы состоят из двух или более компонентов, которые вместе образуют материал с улучшенными свойствами. Примером может служить стеклопластик — материал, сочетающий легкость и прочность. Композиты находят применение в авиационной и космической промышленности, строительстве и производстве спортивного инвентаря.
6. Древесина. Одним из важнейших материалов является древесина, которая активно применяется в строительстве, изготовлении мебели и других изделий. Древесина обладает естественной красотой, теплотой и хорошими механическими свойствами, что делает ее популярным выбором для многих целей.

В этой статье мы подробно разберем виды древесины, ее свойства, а также расскажем, как проводится практическая работа по изучению свойств древесины.

Древесина

Древесина — это материал, который получают из стволов и ветвей деревьев.

Деревья — это многолетние растения, которые состоят из корней, ствола и кроны. В лесах нашей страны встречается более ста различных видов деревьев. Их принято делить на хвойные (такие как ель, лиственница, сосна и другие) и лиственные (например, береза, дуб, липа, осина и прочие). Древесина — это материал, который получают преимущественно из ствола дерева после его обработки. Свойства древесины зависят от типа дерева (породы) и условий его произрастания. Древесину можно подразделить на мягкую и твердую.

Древесина представляет собой важный строительный материал, который активно используется как в хозяйственных, так и в бытовых нуждах. Она обладает приятным внешним видом, достаточной прочностью и легкостью обработки режущими инструментами. Детали, выполненные из древесины, легко склеиваются и соединяются гвоздями или шурупами. Изделия из древесины эстетичны, экологичны и удобны в использовании.

Однако, у древесины имеются и недостатки: она может подвергаться повреждению от влажности, деформироваться при высыхании и легко воспламеняться. Также встречаются природные дефекты, такие как сучки, трещины, червоточины и другие, что может снижать прочность древесины и ухудшать ее внешний вид.

Методы обработки древесины, ее качество, внешний вид, долговечность и стоимость изделий напрямую зависят от типа и свойств используемого материала. Поэтому важно уметь определять происхождение древесины, разбираться в ее характеристиках, а также правильно выбирать инструменты и материалы для обработки.

Материалы, полученные из древесины, при сохранении её естественной структуры и состава, называют лесоматериалами. Они делятся на необработанные и обработанные виды. Необработанные лесоматериалы, такие как бревна, представляют собой стволы деревьев, очищенные от веток, и применяются в качестве столбов, опор, а также в качестве крепёжного материала при проведении подземных работ и других задачах.

Обработанные лесоматериалы  – это пиломатериалы (например, брус и доски), а также такие материалы, как шпон, фанера, древесно-волокнистые (ДВП) и древесно-стружечные (ДСП) плиты.

Шпон представляет собой тонкий слой древесины, а фанера — это композитный материал, состоящий из нескольких склеенных слоёв шпона.

Пиломатериалы, шпон и фанеру используют для изготовления столярных изделий: дверей, оконных рам, напольных покрытий, мебели, а также спортивного инвентаря, музыкальных инструментов, карандашей, спичек и других изделий.

Существует огромное разнообразие видов древесины, но все они делятся на две большие группы: хвойные и лиственные породы.

1. Хвойные породы. Хвойные деревья, такие как сосна, ель, пихта, кедр, обладают древесиной, которая часто используется в строительстве. Они быстро растут и имеют прямолинейный ствол, что делает их удобными для обработки. Сосна, например, отличается своей мягкостью и легкостью в обработке, что делает ее популярным выбором для изготовления мебели и столярных изделий. Ель также является востребованной породой, она используется для строительства, но имеет более рыхлую структуру по сравнению с сосной.

   

2. Лиственные породы. Лиственные деревья, такие как дуб, береза, бук, ясень, ольха, липа, клён, характеризуются более плотной и твердой древесиной. Дуб, например, считается одной из самых ценных лиственных пород. Его древесина очень прочная, устойчива к влаге, и поэтому широко применяется в мебельном производстве. Береза — еще один популярный вид древесины, она имеет красивый узор и часто используется в декоративных целях. Бук также обладает высокой прочностью и стойкостью к ударам, его древесина применяется для изготовления мебели и паркета. Ясень известен своей гибкостью и прочностью, что делает его подходящим материалом для создания спортивного инвентаря и ручек инструментов. Липа отличается мягкостью и легкостью в обработке, поэтому ее часто используют для резьбы по дереву. Клен имеет красивую текстуру и применяется для создания музыкальных инструментов и элементов декора.

   

   

   

   

   

   

   

   

   

   

   

   

   

Дорогие породы древесины

Некоторые породы древесины обладают особыми свойствами и ценятся гораздо выше других, что делает их дорогими и редкими материалами. Рассмотрим несколько таких пород:

1. Махагон. Махагон (или махагони) — это тропическая порода древесины, известная своей насыщенной красно-коричневой окраской и стойкостью к гниению. Она обладает высокой прочностью, прекрасно полируется, и часто используется для изготовления дорогой мебели, музыкальных инструментов и декоративных панелей.
2. Эбеновое дерево. Эбеновое дерево отличается глубоким черным цветом и высокой плотностью. Оно очень твердое и устойчиво к износу, что делает его ценным материалом для производства музыкальных инструментов, таких как клавиши фортепиано, и элементов декора. Эбеновое дерево считается одной из самых дорогих пород в мире.
3. Тик. Тиковое дерево растет в Юго-Восточной Азии и известно своей устойчивостью к влаге и насекомым. Тиковая древесина обладает красивой текстурой и высокой прочностью, что делает ее популярной для использования в производстве мебели и палуб яхт. Тик также имеет маслянистую поверхность, что придает изделиям дополнительную защиту от влаги.
4. Розовое дерево. Розовое дерево (палисандр) отличается богатым цветом с красноватыми и коричневыми оттенками, а также ярко выраженным ароматом. Оно обладает высокой плотностью и прочностью, поэтому используется для производства музыкальных инструментов, предметов роскоши и декоративных элементов.
5. Зебрано. Зебрано — это экзотическая порода древесины с характерной полосатой текстурой, напоминающей окрас зебры. Оно очень прочное и устойчиво к износу, поэтому применяется для изготовления декоративных панелей, мебели и автомобильных интерьеров.
6. Амарант (фиолетовое дерево). Амарант известен своим необычным фиолетовым цветом, который становится еще более насыщенным с течением времени. Эта древесина очень прочная и устойчива к гниению, поэтому используется в декоративных изделиях и мебели высокого качества.

Эти породы древесины отличаются своими уникальными физическими и эстетическими свойствами, что делает их особенно ценными и востребованными в производстве предметов роскоши, музыкальных инструментов и эксклюзивной мебели.

Пороки древесины

Пороки древесины — это особенности и недостатки древесины, ухудшающие её свойства и ограничивающие возможности её использования. Пороки древесины подразделяются на следующие группы:

1. Сучки. Сучки ухудшают внешний вид древесины, нарушают однородность строения, а иногда и целостность, вызывают искривления волокон и годичных слоев, затрудняют механическую обработку. Сучки также снижают механическую прочность древесины, поэтому важно учитывать их количество и размер при выборе материала для конструкций.
2. Трещины. Трещины возникают в растущем дереве и увеличиваются в срубленной древесине в процессе её высыхания. Разновидности трещин нарушают целостность лесоматериала и в некоторых случаях снижают его механическую прочность. Трещины могут быть поверхностными или проходить через весь ствол, что существенно влияет на качество древесины.
3. Грибные повреждения. В древесине возникают при развитии в ней грибов. Растущие и срубленные деревья могут поражаться как специальными рамами — мельчайшими микроорганизмами, так и большими грибами, видимыми невооружённым глазом. Грибные повреждения ослабляют древесину, меняют её цвет и делают материал менее долговечным. Применение такой древесины ограничивается в тех случаях, когда требуется высокая прочность и долговечность.
4. Повреждение насекомыми. Повреждения древесины насекомыми происходят преимущественно на свежесрубленных деревьях. В зависимости от глубины проникновения насекомых порча древесины может быть поверхностной или глубокой. Червоточины способствуют проникновению грибов и развитию гниения.
5. Пороки формы ствола и строения древесины. Пороки формы ствола представляют собой отклонение от нормальной формы ствола. Это могут быть кривизна, наклон волокон (косослой), что затрудняет механическую обработку древесины и снижает её прочность.
6. Дефекты обработки. Дефекты обработки древесины имеют механическое происхождение и возникают при неправильной обработке материала. Это могут быть задиры, сколы, вмятины, а также повреждения при распиловке или сушке. Дефекты обработки негативно влияют на внешний вид и прочность изделий из древесины.

Строение древесины

Древесина имеет волокнистое строение, состоящее из нескольких слоев и компонентов, каждый из которых выполняет свою важную функцию. Рассмотрим основные элементы строения ствола дерева:

1. Пробковый слой коры. Наружный защитный слой, который предохраняет дерево от повреждений, высыхания и воздействия внешней среды.
2. Годичные кольца. Каждый год дерево образует новый слой древесины, который называют годичным кольцом. Эти кольца позволяют определить возраст дерева и условия его роста. Широкие кольца указывают на хорошие условия роста, а узкие — на неблагоприятные.
3. Лубяной слой коры. Находится под пробковым слоем коры и выполняет транспортную функцию, обеспечивая движение питательных веществ от листьев к другим частям дерева.
4. Камбий. Тонкий слой живых клеток, который находится между лубяным слоем и древесиной. Камбий обеспечивает рост дерева в толщину, создавая новые слои древесины и коры.
5. Заболонь. Внешняя часть древесины, состоящая из молодых клеток. Заболонь активно участвует в транспортировке воды и минеральных веществ от корней к листьям.
6. Ядро. Центральная, наиболее старая часть ствола, которая состоит из отмерших клеток. Ядро не участвует в переносе воды, но придает стволу прочность и устойчивость.
7. Сердцевина. Мягкая часть, расположенная в самом центре ствола. Сердцевина состоит из рыхлой ткани и является самой первой частью дерева, образующейся в процессе роста.
8. Сердцевинные лучи. Узкие полосы, которые проходят от сердцевины к коре. Сердцевинные лучи обеспечивают боковое перемещение питательных веществ и воды, а также придают древесине характерный рисунок.

Существует три основных среза ствола дерева, которые позволяют изучить строение древесины:

1. Торцовый (поперечный) срез. На этом срезе можно увидеть годичные кольца и сердцевинные лучи, что позволяет определить возраст дерева и условия его роста.
2. Радиальный срез. Радиальный срез проходит через сердцевину дерева и показывает строение древесины в направлении от центра к коре. На этом срезе хорошо видны сердцевинные лучи — узкие полосы, которые обеспечивают боковой транспорт воды и питательных веществ, а также создают характерный рисунок на поверхности древесины.
3. Тангенциальный срез. Тангенциальный срез проходит вдоль поверхности ствола, перпендикулярно радиальным лучам. На этом срезе можно увидеть текстуру древесины, рисунок которой формируется годичными кольцами и сердцевинными лучами.

Текстура древесины

Текстурой называют рисунок на срезе древесины, который получается в результате пересечения годичных колец, волокон и сердцевинных лучей. Текстура зависит от породы дерева и направления разреза. Основными признаками, которые определяют текстуру древесины, являются цвет, расположение и форма годичных колец, а также наличие сучков. Например, текстура дуба отличается выразительностью и используется для создания декоративных элементов, а текстура сосны — более ровная, что делает её популярной в строительстве.

Свойства древесины

Древесина обладает многими полезными свойствами, которые делают ее таким популярным строительным и поделочным материалом. Рассмотрим основные свойства древесины.

1. Прочность. Древесина обладает хорошей прочностью при изгибе и сжатии. Прочность зависит от вида древесины и условий, в которых дерево росло. Например, древесина дуба или ясеня гораздо прочнее, чем у сосны или ели. Это качество делает древесину пригодной для создания конструкций, которые должны выдерживать значительные нагрузки.
2. Плотность. Плотность древесины — это количество вещества в определенном объеме. Она измеряется в килограммах на кубический метр (кг/м³). Плотность различается в зависимости от породы дерева. Чем плотнее древесина, тем выше ее прочность и устойчивость к внешним воздействиям. Например, дуб — плотная и твердая порода, а сосна — легкая и менее плотная.
3. Влагостойкость. Древесина способна впитывать влагу и отдавать ее. Влажность древесины — важный показатель, который влияет на ее эксплуатационные характеристики. Для сохранения свойств древесину необходимо защищать от избытка влаги, так как при этом она может деформироваться или подвергаться гниению. Для повышения влагостойкости древесину обрабатывают специальными пропитками.
4. Твердость. Твердость древесины зависит от ее структуры и химического состава. Древесина твердых пород (дуб, бук) обладает высокой устойчивостью к механическим повреждениям и истиранию, что делает ее отличным материалом для изготовления полов и мебели. Более мягкие породы (сосна, липа) легче обрабатываются, что позволяет применять их в поделках и резьбе.
5. Теплоизоляция. Одним из преимуществ древесины является ее низкая теплопроводность. Древесина хорошо сохраняет тепло, что делает ее удобным материалом для строительства жилых домов. Это свойство особенно важно в климатических условиях, где температура может значительно меняться в течение года.
6. Эстетические качества. Древесина обладает красивой текстурой и цветом, что делает ее отличным выбором для изготовления мебели и декоративных элементов. Каждый вид древесины имеет свою уникальную текстуру, которая может быть подчеркнута с помощью лака или морилки.

Практическая работа: изучение свойств древесины

Для того чтобы лучше понять свойства древесины, рекомендуется проводить практическую работу, которая позволяет изучить материал на практике. Такая работа поможет ученикам лучше понять, как различные характеристики древесины могут влиять на использование этого материала в строительстве и изготовлении изделий.

1. Подготовка материала. Вначале необходимо подготовить образцы различных видов древесины. Лучше всего выбрать несколько образцов как хвойных, так и лиственных пород. Каждый образец должен быть подписан, чтобы учащиеся могли легко их отличить.

2. Изучение внешних признаков. На первом этапе ученики должны рассмотреть внешний вид каждого образца древесины. Нужно обратить внимание на цвет, текстуру и рисунок. Ученики могут заметить, что хвойные породы имеют более светлую окраску и смоляные прожилки, в то время как лиственные породы более плотные и разнообразны по цвету.

3. Определение плотности и твердости. Для этого образцы взвешивают и измеряют их объем. После этого рассчитывают плотность по формуле: масса делится на объем. Полученные результаты помогут понять, какие виды древесины плотнее и, следовательно, прочнее. Твердость можно оценить с помощью простого теста: вдавить гвоздь в поверхность древесины и определить, насколько глубоко он вошел.

4. Проверка влагостойкости. Для этого часть образца погружают в воду и оставляют на некоторое время. Затем наблюдают, как изменяется древесина — впитывает ли она воду, меняет ли форму. Этот тест помогает понять, почему древесину необходимо обрабатывать специальными средствами для защиты от влаги.

5. Тест на прочность. Ученики могут попробовать сломать небольшие образцы древесины, чтобы понять, насколько разные виды отличаются по прочности. Для этого можно использовать кусочки древесины разной толщины и породы. Этот эксперимент наглядно показывает, что древесина твердых пород гораздо устойчивее к механическим повреждениям.

6. Выводы и обсуждение. После проведения всех тестов ученики делают выводы о том, какие виды древесины лучше подходят для тех или иных целей. Например, для изготовления мебели подойдут твердые породы, такие как дуб и бук, а для строительных работ — сосна, так как она легче и удобнее в обработке.

Заключение

Изучение древесины — это важный этап в обучении технологии, так как этот материал остается одним из самых востребованных и универсальных. Учащиеся, проводя практическую работу, могут на практике убедиться в свойствах древесины, изучить ее преимущества и недостатки. Древесина уникальна тем, что сочетает в себе прочность, природную красоту и экологичность, что делает ее незаменимым материалом в самых разных областях, от строительства до декоративного искусства.

Однако, несмотря на все преимущества древесины, важно помнить, что вырубка лесов наносит значительный ущерб окружающей среде. Леса являются важной частью экосистемы, они очищают воздух, служат домом для множества живых существ и помогают регулировать климат. Поэтому крайне необходимо искать альтернативные решения, такие как использование вторичной древесины или переход на другие материалы, чтобы сохранить леса для будущих поколений и избежать разрушительных последствий массовой вырубки.