Его здесь много, оно относительно дешевое (или даже бесплатное), экологически чистое, отлично выглядит.Оно теплое и уютное, оно суперпрочное, прослужит сотни или даже тысячи лет. И вы можете использовать его для всего, от строительства мостов для изготовления бумаги или отопления вашего дома. Это дерево - возможно, самый полезный и универсальный материал на планете, имеющий тысячи различных применений. Так что же делает древесину такой хорошей? Рассмотрим подробнее!
Что такое дерево?
Вы часто слышите, как люди ворчат по поводу денег и всего прочего, что «не растет на деревьях». Самое замечательное в древесине то, что она действительно растет на деревьях - или, точнее, на их стволах и ветвях.
Структура древесины
Возьмите дерево и снимите внешнюю «кожу» или кору, и вы обнаружите два вида деревесины. Ближе всего к краю находится влажный, светлый, живой слой, называемый заболонью, заполненный трубками, называемыми ксилемой, которые помогают дереву направлять воду и питательные вещества от корней к листьям.Внутри заболони находится гораздо более темная и твердая часть дерева, называемая сердцевиной , которая мертва, где ксилемные трубки забиты смолой или камедью и перестали работать. Вокруг внешнего края заболони (и ствола) находится тонкий активный слой, называемый камбием, где дерево на самом деле немного разрастается каждый год, образуя те знаменитые годовые кольца. Которые говорят нам, сколько лет дереву. Разрежьте дерево горизонтально, запустив пилу параллельно земле (перпендикулярно стволу), и вы увидите годовые кольца (одно новое добавляется каждый год), составляющие поперечное сечение.Если резать вертикально через ствол дерева ,то вы увидете, что линии внутри работает параллельно стволу , образованной ксилемы трубок, образующих внутреннюю структуру дерева . Вы также будете время от времени видеть не ровные овалы, прерывающие волокна, называемые узлами - это места, где ветви росли из ствола дерева. Сучки могут придать древесине привлекательный вид, но также могут ослабить ее структуру.
Твердая и мягкая древесина
Древесина делится на два разных вида, называемых твердой и мягкой древесиной.Хотя, что сбивает с толку, названия не всегда относятся к ее реальной твердости или мягкости:
· Лиственные породы обычно получают из широколиственных (лиственных) деревьев (те, которые сбрасывают листья каждую осень, также известные как покрытосеменные, потому что их семена заключены в плоды или стручки). Примеры включают ясень, бук, березу, красное дерево, клен, дуб, тик и орех.
· Мягкую древесину обычно получают из вечнозеленых (хвойных) деревьев (тех, которые имеют иголки и шишки и сохраняют их круглый год, также называемые голосеменными). Примеры включают кедр, кипарис, пихту, сосну, ель и красное дерево.
Обычно твердые породы дерева тверже, чем мягкие, но не всегда. Бальса - самый известный пример очень мягкой древесины твердых пород. Древесина лиственных пород имеет красивую привлекательную структуру и используется для таких вещей, как изготовление красивой мебели и декоративных изделий из дерева, тогда как древесина мягких пород часто получается из очень высоких прямых деревьев и лучше подходит для строительных работ (в виде досок, столбов и т. ).
Химический состав
Посмотрите на свежесрезанную древесину под микроскопом и вы увидите, что она состоит из клеток, как и любое другое растение. Клетки состоят из трех веществ, называемых целлюлозой (около 50 процентов), лигнином (который составляет от пятой до четверти лиственных пород, но от четверти до трети мягких пород древесины) и гемицеллюлозы (оставшаяся часть). Вообще говоря, целлюлоза - это волокнистая масса дерева, а лигнин - это клей , скрепляющий волокна.
На что похоже дерево?
Внутренняя структура дерева делает древесину такой, какая она есть - как она выглядит, как ведет себя и для чего мы можем ее использовать. На самом деле существуют сотни различных видов деревьев, поэтому делать обобщения о том, что называется «древесиной», не всегда полезно: бальзовое дерево отличается от дуба, который не совсем то же самое, что орешник, который снова отличается от грецкого ореха. При этом разные породы дерева имеют больше общего друг с другом, чем, скажем, с металлами , керамикой или пластиком .
Сила
Физически дерево прочное и жесткое, но по сравнению со сталью оно также легкое и гибкое. У него есть еще одно интересное свойство. Металлы, пластмассы и керамика, как правило, имеют довольно однородную внутреннюю структуру, что делает их изотропными: они ведут себя одинаково во всех направлениях. Древесина отличается годичной структурой в виде колец и волокон. Обычно вы можете согнуть и сломать небольшую мертвую ветку дерева голыми руками, но вы обнаружите, что почти невозможно растянуть или сжать ту же ветку, если вы попытаетесь потянуть или толкнуть ее в противоположном направлении. То же самое и при резке дерева. Если вы когда-либо рубили дерево топором,то вы знаете, что оно очень легко раскалывается, если резать лезвием вдоль волокон, но гораздо сложнее рубить в обратном направлении (через волокна). Мы говорим, что древесина анизотропна , что означает, что кусок древесины имеет разные свойства в разных направлениях.
Это важно не только для того, чтобы рубить дрова в сарае: это также важно, когда вы используете дерево в строительстве. Традиционные деревянные постройки поддерживаются огромными вертикальными столбами, которые передают силы вниз в землю по всей своей длине, параллельно волокнам. Это хороший способ использовать древесину, потому что она обычно имеет высокую прочность на сжатие (сопротивление сжатию ), когда вы загружаете ее в том же направлении, что и волокна. Деревянные столбы гораздо слабее расположены горизонтально; им нужна большая поддержка, чтобы они не сгибались и не ломались. Это потому, что у них более низкая прочность на разрыв (устойчивость к изгибающим или тянущим силам поперек волокна). Однако не все деревья одинаковы. Дуб имеет гораздо более высокую прочность на разрыв, чем многие другие породы древесины, поэтому его традиционно использовали для изготовления тяжелых горизонтальных балок в старых зданиях. Другие факторы, такие как степень выдержки (сушки) дерева и его плотность, также влияют на его прочность.
Долговечность
Одно из лучших свойств древесины - это ее долговечность. Просматривая ежедневные новости, вы часто будете читать, что археологи обнаружили захороненные останки какого-то древнего деревянного предмета - возможно, деревянного инструмента , простой гребной лодки или остатков огромного здания, - которым сотни или даже тысячи лет старый. Если деревянный предмет правильно сохранен (об этом мы поговорим позже), он легко переживет человека, который его сделал. Но так же, как этот человек, деревянный предмет когда-то был живым существом - и это натуральный материал. Как и другие природные материалы, он подвержен естественным силам разложения в результате процесса, известного как гниение, в котором организмы, такие как грибы и насекомые, такие как термиты и жуки, постепенно поглощают целлюлозу и лигнин и превращают древесину в пыль и воспоминания.
Дерево и вода
Древесина имеет много других интересных характеристик. Он гигроскопичен , то есть впитывает воду , как губка. И набухает во влажных условиях, снова выделяя воду, когда воздух высыхает и повышается температура. Если, как и у меня, в вашем доме есть деревянные окна, вы, вероятно, заметите, что летом они открываются намного легче, чем зимой, когда из-за сырости на открытом воздухе они разбухают в рамы (не обязательно так уж плохо, поскольку это помогает чтобы не было холода). Почему древесина впитывает воду? Помните, что ствол дерева предназначен для переноса воды от корней к листьям: это в значительной степени водная супермагистраль. Свежесрезанный кусок «зеленого» дерева обычно содержит огромное количество скрытой воды, поэтому его очень сложно сжигать как дрова без большого количества копоти и плевков. Некоторые породы дерева могут впитывать воду в несколько раз больше их собственного веса.
Древесина и энергия
Какими еще свойствами обладает древесина? Это относительно хороший теплоизолятор (который пригодится при строительстве зданий), но сухая древесина довольно легко горит и выделяет много тепловой энергии, если нагреть ее выше температуры возгорания (точки, при которой она загорается в любом месте). примерно от 200–400 ° C. Хотя дерево может очень эффективно поглощать звук (еще одно полезное свойство в зданиях, где люди ценят звукоизоляцию, отгораживающую своих соседей), деревянные предметы также могут быть сконструированы так, чтобы передавать и усиливать звуки - вот как работают музыкальные инструменты. Дерево, как правило, плохо проводит электричество, но, что интересно,оно пьезоэлектрическое. (Если правильно сжать дерево, на дереве будет накапливаться электрический заряд).
Выращивание растений в пищу называется сельским хозяйством; выращивание деревьев для использования людьми - это лесоводство, и у этих двух вещей много общего. Древесина - это растение, которое нужно собирать так же, как и любую другую, но разница в том, сколько времени требуется для роста деревьев, часто многие годы или даже десятилетия. Как заготавливается древесина, зависит от того, растут ли деревья на плантациях (где есть сотни или тысячи одних и тех же видов, как правило, одного возраста) или в зрелых лесах (где есть смесь разных пород и деревьев самого разного возраста).
Посаженные деревья можно выращивать по четкому плану и сплошной рубке (вырубается весь лес) по достижении зрелости. Такой радикальный подход имеет смысл, если деревья - быстрорастущие виды, высаженные специально для использования , например, в качестве топлива из биомассы . Отдельные деревья также можно выборочно вырубать из смешанных лесов и либо утаскивать машиной или животным, либо даже (если это имеет экономический и экологический смысл) подниматься на вертолете, что позволяет избежать повреждения соседних деревьев. Иногда с деревьев удаляют кору и небольшие ветки в лесу перед тем, как их вытащить на лесной склад для дальнейшей обработки, хотя они также могут быть удалены целыми, при этом вся обработка выполняется за пределами площадки. Все зависит от ценности дерева, условий выращивания, расстояния до склада пиломатериалов и того, насколько легко дерево транспортировать. Еще одна интересная форма лесоводства - это подрубка , которая включает удаление длинных, тонких, низкорослых веток с таких деревьев, как лещина и ива, осторожным и уважительным образом, не причиняя долговременного ущерба.
Консервирование и другое лечение
Теоретически древесина могла бы служить вечно, если бы на нее не нападали насекомые и бактерии; консерванты могут значительно продлить срок его службы, предотвращая гниение. Различные консерванты действуют по-разному. Краска , например, действует как внешняя оболочка, которая не позволяет грибкам и насекомым проникать в дерево и разъедать его, но солнечный свет и дождь заставляют краску трескаться и отслаиваться, оставляя дерево открытым для атаки под ним. Креозот (еще один популярный консервант для древесины) - это сильно пахнущая маслянистая жидкость коричневого цвета, обычно получаемая из каменноугольной смолы. В отличие от краски, это фунгицид, инсектицид, митицид и спорицид: другими словами, он не дает грибам, насекомым, клещам и спорам есть или расти в древесине.
Различные виды обработки помогают защитить и сохранить древесину другими способами. По иронии судьбы, из дерева можно построить прекрасный дом, который прослужит много десятилетий или сгорит дотла за считанные минуты. Древесины так много и она так хорошо горит, что долгое время оставалась одним из любимых видов топлива в мире. Вот почему так важна противопожарная обработка деревянных строительных изделий. Как правило, древесину обрабатывают антипиренами, которые влияют на то, как она горит, если она загорается, уменьшая количество выделяемых летучих газов, поэтому она горит медленнее и труднее.
Резка
Есть большая разница между деревом и столом, которым оно могло бы стать, даже если оба сделаны из одного и того же дерева. В основном это различие связано с умелой резкой и обработкой дерева. Сколько нужно спилить дерево, зависит от продукта, который производится. Что-то вроде столба или столба забора - это не что иное, как дерево, лишенное веток и тщательно обработанное консервантами; это пример того, что называется круглым лесом . Деревья нужно немного больше обработать на лесопилке, чтобы превратить их в пиломатериал. Плоские куски дерева можно сделать из деревьев, распилив бревна в двух разных направлениях.
Прочие изделия из дерева
Круглый лес и пиломатериалы - это то, что вы могли бы назвать изделиями из натуральной древесины, потому что они предполагают использование отрезанных кусков дерева более или менее в сыром виде. Есть много других способов использования деревьев, которые требуют большей обработки. Некоторые виды древесины очень редки и дороги, в то время как другие дешевы и доступны в большом количестве, поэтому распространенной техникой является нанесение внешнего слоя из дорогой и привлекательной древесины на сердцевину из более дешевого материала. Шпон - это тонкий декоративный слой, который наносят на более дешевую древесину, поворачивая бревно против лезвия, как будто очищаете яблоко. Использование шпона означает, что вы можете получить привлекательную деревянную отделку при гораздо более низких затратах, чем при использовании цельного куска дорогой древесины. Фанера изготавливается путем склеивания слоев древесины (или слоев) вместе с внешним покрытием из шпона. Обычно каждый слой располагается под углом 90 градусов к нижнему, чтобы зерна чередовались. Это означает, что кусок фанеры обычно намного прочнее, чем кусок натурального дерева, из которого он сделан. Ламинированная древесина - это более слабый вид фанеры, в которой волокна каждого слоя идут в одном направлении. Древесностружечная плита изготавливается путем извлечения стружки, хлопьев и опилок и нагнетания их под высоким давлением с помощью клея в форму, чтобы они склеивались вместе для изготовления досок и панелей. Так часто изготавливают недорогую и самосборную мебель. ДВП аналогичен, но изготовлен из древесных волокон вместо древесной стружки и опилок. ДВП - это тонкий лист древесины, изготовленный из древесных волокон таким же образом.
Не все изделия из дерева сразу узнаваемы как таковые. Большая часть бумаги и картона, которые используют люди, получают путем превращения, например, целлюлозы с деревьев в волокнистую массу. Лигнин (другой главный химический элемент древесины) также имеет множество применений, включая производство пластмасс (например, целлулоида, используемого в старомодной фотопленке ), красок , скипидара и дрожжевых продуктов.