Mendelova zemědělská a lesnická Univerzita v Brně

Transkript

1 Mendelova zemědělská a lesnická Univerzita v Brně Vliv makroskopické stavby dřeva na hustotu dřeva Fyzikální vlastnosti dřeva Protokol č.1 Vypracoval: Pavel Lauko Datum cvičení: Obor: DI Datum vypracování: Ročník: 2. Skupina: 1.

2 Makroskopická stavba dřeva a hustota dřeva. Zadání: 1 - Zjištění závislosti šířky letokruhu, šířky jarního a letního dřeva na věku stromu (tab., graf ). 2 - Zjištění průměrné šířky letokruhu a průměrného procenta letního dřeva na vzorcích (2*2*3 cm - SM, JS/DB, BK) 3 - Stanovení hustoty zkušebních tělísek (SM, JS/DB, BK) 4 - Stanovení závislosti hustoty na průměrné šířce letokruhu a průměrném procentu dřeva tělíska 5 - Stanovení závislosti hustoty na věku stromu ( syntéza bodu 1-4 ) Cíl práce: Hlavním úkolem cvičení bylo odvodit, zda hustota dřeva souvisí s jeho anatomickou stavbou a jak závisí šířka letokruhu, jarního a letního dřeva na věku stromu. Literární přehled : Hustota dřeva je charakterizována podílem hmotnosti dřeva a jeho objemu, jednotkou je kg.m -3 nebo g.cm -3. Ve srovnání s jinými materiály je určení hustoty u dřeva poměrně obtížné vzhledem k hygroskopicitě dřeva. Jak hmotnost tak i objem dřeva jsou velni ovlivněny vlhkostí dřeva. Přesto jde o jednu z nejvýznamnějších charakteristik dřeva, která výrazně ovlivňuje většinu fyzikálních a mechanických vlastností dřeva. Hustotu dřeva můžeme skutečně považovat za nejlepší kritérium pro posuzování vlastností dřeva. Citace slovenské literatury: Hustota dreva. Hustota dreva udáva hmotnosť jeho objemovej jednotky, pričom sa najčastejšie vyjadruje v kg /m 3 alebo g/cm 3. Hustota dreva bola predmetom výskumu mnohých prác, pretože ide o charakteristiku, ktorá významne ovplyvnuje fyzikálne a mechenické vlastnosti dreva. Například ťažké drevo je pevnejšie, tvrdšie a odolnejšie proti opotřebovanou než ľahké drevo. Hustota dreva nadobúda na význame při jeho mechanickom a chemickom spracovaní, kde sa kladie dôraz na hmotnostné množstvo drevnej hmoty a kde je potrebné vedieť, koľko drevnej hmoty obsahuje konkrétna objemová jednotka. Ďalej je ukazovatelom vhodnosti použitia dreva na také účely, kde sa vyžaduje napríklad nízka hmotnosť při vysokej pevnosti alebo pružnosti dreva na výrobu hudobných nástrojov a inde. Z uvedeného vyplýva, že poznatky o hustote dreva majú nielen teoretický, ale aj praktický význam. Hustota drevnej substancie.

3 Drevnou substanciou rozumieme hmotu bunkových stien bez pórov (lúmenov a medzibunkových priedtorov). Hustota drevnej substancie ρ s je vyjádrená pomerom hmotnosti drevnej substancie m a jej příslušného objemu V. ρ = m s V [kg/m3 ] Hustaota drevnej substancie je takmer stála hodnota, ktorá sa mení len natoľko, nakoľko sa mení chemické zloženie dreva. Pohybuje sa v rozmedzi od 1490 do 1560 kg/m 3 pri priemernej hodnote 1540 kg/m 3. Hustota drevnej substancie niektorých našich drevín: Drevina Hustota drevnej substancie (kg/m 3 ) Borovica jadro beľ Smrek Smrekovec beľ jadro Dub beľ jadro Breza Osika Hustota drevnej substancie nadobúda na význame napríklad pri rôznych výpočtoch, jako pórovitosti, maximalnej nasiakavosti, pri technologických procesoch inpregnácie dreva a inde. Hustota naších hospodársky najvýznamnejších drevín: Dreviny Hustota ρ 0 (kg/m 3 ) Smrek, Jedľa, Topole Limba, Lipa, Osika Borovioca, Smrekovec, Duglaska, Vŕba, Jelša, Breza Jaseň, Javor, Gaštan Brest, Dub Buk Agát, Hrab Vplyv šírky ročných kruhov a podielu letného dreva na jeho hustotu. Vplyv šírky ročných kruhov n ahustotu dreva ihličnatých a listnatých drevín je rozdielny.

4 Hustota dreva borovice stúpa s poklesom šírky ročných kruhov dôsledku vyššieho podielu letného dreva až po rozmer v rozpätí 2-0,4 mm, keď nastáva náhly pokles šírky letného dreva i hustoty. Pri listanatých drevinách z výnimkou niektorých roztrusenopórovitých drevín prevláda opačná tendencia. Hustota jarného a letného dreva niektorých ihličnatých drevín: Drevina Smrek Duglaska Borovica - beľ - jadro Hustota dreva ρ 0 (kg/m 3 ) jarné drevo letné drevo Vplyv veku stromu na hustotu dreva. Väčšina drevín s vynimkou smreka vykazuje so stúpajúcim vekom pokles hustoty. Ak hostotu dreva pokladame za jedno z kritérií na posúdenie kvality dreva, bude sa táto kvalita so stúpajúcim vekom stromu znižovať. (Alexander Požgaj, Štruktůra a vlastnosti dreva) Materiál a metodika: Měření a příprava vzorků se provádí v souladu s ČSN Zjištění závislosti šířky letokruhu a podílu letního dřeva na věku stromu u dřevin DG a moruše: K měření jsme použili dřevo douglasky (ve věku cca ) a dřevo moruše (ve věku cca ) Postup měření: Nejprve jsme si na příčném řezu kmenem dřeviny udělali tužkou čáru směřující od dřeni k obvodu a to tak, aby vedla přes nejpřirozenější šířky letokruhů a zároveň místy bez viditelných vad (suky, trhliny). Šířky jsme měřili posuvným měřidlem. Měření provádíme co nejpřesněji. Nejprve šířky jednotlivých letokruhů, posléze šířky letního dřeva v příslušných letokruzích. Důležité je přesně přiřadit šířku let. dř. k příslušnému letokruhu, protože v opačném případě by se jednalo o neobjektivní a nepřesné měření a výsledky by byly neplatné. 2. Zjištění průměrné šířky letokruhu a průměrného procenta letního dřeva na zkušebních tělíscích: Jako zkušební materiál (vzorky) jsme použili kvádříky z jednotlivých skupin domácích dřevin: z listnatých kruhovitě pórovitých jasan, listnatých roztroušeně pórovitých buk, jehličnatých smrk.

5 K měření byly připraveny kvádříky o rozměrech 20*20*30 mm, bez vad. Nejprve jsme si opět našli na příčném řezu ordinálu, tedy kolmici na tečnu k libovolnému letokruhu a tužkou vyznačili. Měření jsme prováděli pouze u dřeva jasanu a smrku, protože dřevo buku patří mezi roztroušeně pórovité u nichž je přechod mezi jarním a letním dřevem velmi pozvolný a tedy nelze měřit šířku jarního ani letního dřeva. Šířky jsme měřili posuvným měřidlem. Měření provádíme co nejpřesněji. Nejprve šířky jednotlivých letokruhů, posléze šířky letního dřeva v příslušných letokruzích. Důležité je přesně přiřadit šířku let. dř. k příslušnému letokruhu, protože v opačném případě by se jednalo o neobjektivní a nepřesné měření a výsledky by byly neplatné. Hustotu získáme jako podíl součtu šířek všech letokruhů a součtu šířek letního dřeva. 3. Stanovení hustoty zkušebních tělísek Stanovení probíhalo pomočí výpočtu. Z naměřených hodnot všech rozměrů zkušebních tělísek jsme sestavili tabulky, do které jsme též zaznamenali hmotnost tělísek zjištěnou na elektronických vahách. Dále jsme užili vzorce pro výpočet hustot, v němž platí, že hustota je rovna podílu hmotnosti tělesa a jeho objemu. Nutno dosadit ve správných jednotkách. ad 2) ŠL = l / d 1 ( mm ) LD = ( dx / l ) * 100 ( ) l kde : l součet letokruhů d počet letokruhů 100 ( ) dx součet d1 ad 3) = V m hustota (kg.m 3 ) m hmotnost V objem Statistika: Zjišťovali jsme tyto parametry: aritmetický průměr, minimum, maximum, směrodatná odchylka Tyto výpočty byly provedeny funkcí programu MS Excel "Analýza dat". Aritmetický průměr: 1 x = n n x i i= 1 n 1 2 Směrodatná odchylka: S = ( x) n = 1 i= 1 x i

6 Výsledky: Tabulka č. 1. Smrk Hustota prům. š. l. prům.% l. dřevo kg.m-3 mm % SM 433 2,6 38,0 SM 407 3,3 31,7 SM 416 2,5 20,1 SM 415 1,8 52,0 SM 390 2,8 20,0 SM 423 1,9 18,8 SM 403 4,5 9,0 SM 400 4,3 17,6 SM 466 2,4 10,4 SM 399 3,0 21,3 SM 403 4,9 4,7 SM 381 5,2 16,6 SM 400 3,5 21,0 SM 397 4,4 13,8 SM 389 2,9 23,4 SM 416 2,6 40,9 SM 364 5,0 23,3 SM 376 5,8 23,0 SM 381 4,8 16,8 SM 447 2,6 25,9 SM 395 5,8 3,9 SM 409 5,6 19,8 SM 377 4,6 6,5 SM 437 4,8 20,0 SM 450 4,5 22,5 SM 390 4,0 10,0 SM 417 4,0 12,5 SM 398 3,9 7,6 SM 400 5,3 18,9 SM 412 4,1 15,0 SM 413 1,8 32,5 SM 416 2,3 4,8 SM 410 1,9 13,1 SM 431 1,5 36,0 SM 388 4,8 14,2 SM 441 3,0 47,3 SM 417 6,3 23,8 SM 370 4,2 16,1 SM 403 3,6 35,0 SM 358 2,0 10,2 SM 407 3,0 33,3 SM 426 2,4 35,9 SM 426 3,1 25,7 SM 436 1,4 42,5 SM 399 3,7 23,8 Tabulka č. 2. Jasan hustota prům. š. l. prům.% l. dřevo kg.m-3 mm %

7 JS 830 5,6 64,0 JS 707 1,8 62,6 JS 757 4,1 88,3 JS 682 2,2 73,0 JS 741 2,7 73,0 JS 653 1,1 32,2 JS 764 1,3 58,0 JS 719 3,1 73,7 JS 671 2,1 59,0 JS 740 2,7 61,5 JS 896 2,4 65,0 JS 696 4,2 55,5 JS 700 1,1 65,0 JS 626 1,6 47,8 JS 680 1,7 60,3 JS 683 2,6 65,7 JS 758 1,7 38,0 JS 751 1,9 32,0 JS 729 1,6 50,8 JS 653 1,7 31,8 JS 706 2,1 40,7 JS 814 3,6 65,7 JS 670 1,6 38,1 JS 670 1,8 67,5 JS 750 2,4 36,0 JS 682 1,8 62,3 JS 656 1,3 67,5 JS 705 1,4 45,0 JS 731 3,4 58,0 JS 742 2,8 71,4 JS 683 1,2 57,8 JS 696 2,9 62,1 JS 669 1,6 60,8 JS 681 0,9 76,0 JS 744 2,3 64,0 JS 706 3,8 55,3 JS 755 2,7 49,6 JS 823 2,7 63,1 JS 703 3,6 54,4 JS 697 3,8 53,1 JS 677 1,6 55,9 JS 659 1,4 26,7 JS 670 1,3 55,6 JS 779 1,7 54,6 JS 694 1,8 72,0

8 Tabulka č. 3 Buk hustota prům. š. l. dřevo kg.m-3 mm BK 629 2,3 BK 614 2,1 BK 757 2,2 BK 757 2,1 BK 643 3,0 BK 679 2,4 BK 627 3,0 BK 764 2,0 BK 729 1,6 BK 675 2,0 BK 783 2,2 BK 666 3,0 BK 740 2,0 BK 709 1,6 BK 736 1,8 BK 710 1,9 BK 650 2,4 BK 701 2,3 BK 741 2,3 BK 769 2,2 BK 698 1,7 BK 738 2,1 BK 763 2,0 BK 745 2,4 BK 760 2,4 BK 724 2,0 BK 742 1,5 BK 719 2,8 BK 741 2,6 BK 768 1,4 BK 726 1,8 BK 765 2,2 BK 735 1,1 BK 705 2,2 BK 700 2,2 BK 743 1,6 BK 736 1,7 BK 692 1,9 BK 673 2,4 BK 711 2,0 BK 769 3,0 BK 703 2,6 BK 711 2,4 BK 709 2,5 BK 705 2,7

9 Graf č. : 1. Závislost hustoty dřeva na průměrné šířce letokrohu hustota dřeva (kg*m3) šířka letokruhu (mm) SM JS BK Jasan Buk Smrk Graf č. : 2 Závislost hustoty dřeva na průměrném % letního dřeva hustota dřeva (kg*m3) podíl letního dřava (%) SM JS Jasan Smrk

10 Tabulka č. 7. Rozměry vzorků Dřevina Délka Šířka Objem Hmotnost Hustota mm mm mm mm 3 g Kg*m -3 Jasan 2,95 1,97 1,99 1,15*10-5 8,03 694,34 Buk 3,01 1,94 1,94 1,13*10-5 7,99 705,3 Smrk 3,00 2,02 1,96 1,18*10-5 4,75 399,91 Tabulka č. 8. Buk Jasan Smrk Šířka l. Šířka l. Šířka let.dř. Šířka Šířka l. Šířka let.dř. Šířka jar.dř. jar.dř. 1 2,3 1,1 1,0 0,1 3,4 2,5 0,9 2 2,5 2,4 1,1 1,3 4,1 3,2 0,9 3 2,2 2,1 0,9 1,2 4,9 3,9 1,0 4 3,0 2,4 1,1 1,3 3,7 2,8 0,9 5 3,4 1,5 0,7 0,8 2,8 2,0 0,8 6 2,6 1,5 1,0 0,5 7 2,1 1,6 0,5 8 1,9 1,3 0,6 Průměr 2,66 1,87 3,78 % letního dř - 72 % 23,8 % Graf č. : 3 Závislost šířky letního dřeva na šířce letokruhu u jasanu šířka letního dřeva (mm) 2 1,5 1 0, ,5 1 1,5 2 2,5 3 šířka letokruhu (mm) Jasan průběh závislosti

11 Graf č. : 4 Závislost šířky letního dřeva na šířce letokruhu u smrku šířka letního dřeva (mm) 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0, šířka letokruhu (mm) Smrk průběh závislosti Tabulka č. 9. Věk stromu Šířka letokruhu (mm) Douglaska Šířka Letního Dřeva (mm) % letního dřeva (%) Šířka letokruhu (mm) Moruše Šířka Letního Dřeva (mm) % letního dřeva (%) 1 3,5 1, , , , ,8 60 3,6 1, ,4 1,1 32 2,6 2, ,6 32 2,5 2, ,1 2,4 47 4,25 4, ,1 1,1 26 3,8 3, ,2 4,1 50 4,7 3, ,6 4,9 64 4,6 3, ,2 3,5 83 5,2 4, ,7 53 5,5 4, ,9 3,7 46 5,6 3, ,5 1,9 29 5,8 5, ,5 3,8 69 6,3 5, ,1 3,2 52 6,3 5, ,6 4,9 74 6,4 4, ,1 3,1 50 6,4 4, ,1 4, ,4 4, ,7 2, ,1 3, ,1 2, ,5 3, ,9 3, ,4 3, ,5 3,2 71 Arit. prům. 5,77 3,00 51,50 4,56 3,55 77,53 Max. 8,2 4,9 83 6,4 5,2 97 Min. 2, ,2 33 Směr. Odch. 1,553 1,163 15,51 1,473 1,252 14,77

12 Graf č. : 5 Závislost šířky letokruhu a letního dřeva na věku stromu u douglasky Šířka (mm) Věk stromu (roky) šířka letokruhu šířka letokruhu šířka letního dřeva šířka letního dřeva Graf č. : 6 Podíl letního dřeva (%) Závislost % letního dřeva na věku stromu u douglasky Věk stromu (roky) podíl letního dřeva Graf č. : 7 Závislost šířky letokruhu a letního dřeva na věku stromu u moruše Šířka (mm) Věk stromu (roky) šířka letukruhu šiřka letokruhu šířka letního dřeva šířka letního dřeva

13 Graf č. : 8 Závislost % letního dřeva na věku stromu u moruše Podíl letního dřeva (%) Věk stromu (roky) podíl letního dřeva Závislost hustoty na šířce letokruhů a letním dřevě Graf č. : 9 hustota dřeva (kg.m-3) Závislost hustoty dřeva na průměrné šířce letokruhu 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 šířka letokruhu (mm) SM JS BK Graf č. : 10 hustota dřeva (kg.m-3) Závislost hustoty dřeva na průměrném % letního dřeva 0,0 20,0 40,0 60,0 80,0 prům. % let. dřeva (%) SM JS

14 Graf č. : 11 Závislost hustoty na věku stromu u listnatých dřevin 415 Hustota (kg/m3) Věk stromu Graf č. : 12 Závislost hustoty na věku stromu u jehličnanů Hustota (kg/m3) Věk stromu Diskuse: Letokruhy jsou roční přírůstky dřeva stromu za jedno vegetační období, které na příčném řezu dřevem kmene tvoří přibližně soustředné vrstvy navazující jedna na druhou a obklopují dřen.. Letokruh se skládá ze dvou složek a to jarního a letního dřeva. Obsah těchto složek je u všech dřevin různý a jejich šířku mohou ovlivnit ať přímo nebo nepřímo různé faktory jako jsou například pěstební podmínky, věk stromu, stanovištní podmínky, poloha ve kmeni, hmyz, atd. V optimálních stanovištích podmínkách pro příslušný druh dřeviny se tvoří v průměru nejširší letokruhy. V důsledku excentrické stavby letokruhů, způsobené nerovnoměrným zatížením koruny se šířka letokruhu stává rozmanitou,tímto se mění anatomická struktura buněčných elementů dřeva. S tím souvisí fyz. a mech vlastnosti dřeva. Obecně se šířka letokruhu mění s věkem. U většiny dřevin se nejprve vytvářejí větší letokruhy a s narůstajícím stářím dochází k jejich poklesu. Stavba letokruhu závisí na druhu dřeviny, věku

15 jedince, poloze v kmeni, stanovištních podmínkách, sociálním postavení stromu v porostu a pěstebních opatřeních. V druhé části cvičení jsem zjišťoval především procentuální zastoupení a celkovou šířku letního dřeva ve zkoumaných vzorcích (smrku, jasanu a buku), a jejich hustotu. Hustota závisí na letokruzích. U jehličnatých dřevin s rostoucí šířkou letokruhů roste procentické zastoupení jarního dřeva, zatímco u listnatých dřev s roztroušeně pórovitou stavbou dřeva s rostoucí šířkou letokruhu roste procentické zastoupení letního dřeva. Jarní dřevo je vytvořeno na začátku vegetačního období, buňky zde uložené jsou tenkostěnné s většími průměry, nacházejí se zde elementy na vedení živin a vody. Toto dřevo má tedy menší hustotu (zvlášť u velkých cév listnatého dřeva) než dřevo letní vytvořené v průběhu vegetačního období (buňky tlustostěnné, převážně s mechanickou funkcí.). Jelikož se u jehličnanů vytváří více jarního dřeva než letního musí zákonitě s rostoucí šířkou letokruhů klesat hustota dřeva, které je tedy z valné části zastoupeno jarním dřevem. Naopak je tomu u listnatých dřev s kruhovitě cévnatou stavbou dřeva, s rostoucí tloušťkou letokruhů roste podíl letního dřeva tudíž i hustota dřeva. Nejvíce elementů jejichž obsah zvyšuje hustotu dřeva je obsaženo v letním dřevě. Vyplývá z toho, že čím bude větší obsah letního dřeva ve vzorku, tím se bude jeho hustota zvyšovat. Se zvyšující se šířkou letokruhu se hustota u kruhovitě pórovitých listnáčů zvětšuje a u jehličnanů snižuje. V grafu číslo 1. Závislost hustoty dřeva na průměrné šířce letokruhu vidíme, že u dřeva smrku a buku hustota s rostoucí šířkou letokruhu mírně klesá oproti dřevu jasanu, kde znatelně stoupá. Naopak hustota v závislosti na průměrném % letního dřeva v letokruhu roste u všech měřených dřev. Objem letního dřeva u Jasanu byl největší a to 72% oproti smrku, kde se procento zastoupení letního dřeva pohybovalo kolem hodnoty 23. Průměrně, bráno v potaz u všech dřev současně, má letokruh šířku 5,77 mm, z toho 3 mm zaujímá letní dřevo. Z věkem jednoznačně roste i šířka letokruhu. Závěr: Uvědomili jsme si závislosti vlastností dřeva na věku stromu. S věkem se šířka letokruhů mění směrem od dřeně k obvodu, šířka jarního dřeva je závislá na změně šířky letokruhu a ze znalostí stavby dřeva víme, že letní dřevo bývá obvykle užší než jarní.. S rostoucí šířkou letokruhu u jehličnatého dřeva klesá hustota. U listnačů s rostoucí šířkou letokruhů se zvyšuje hustota. hustota. S větším zastoupením letního dřeva se zvyšují mechanické a fyzikální vlastnosti. Některé naměřené hodnoty se liší od normálu. Tyto výjimky mohli být způsobeny jak biotickými i abiotickými činiteli, nepřesným měřením.

16 Použitá literatura: Šlezingerová J., Rndr., Gandelová L., RNDr. : Stavba dřeva Horáček P., Dr. Ing. : Fyzikální a mechanické vlastnosti dřeva