Дерево

1. Что такое дерево?
2. Структура дерева
3. Лиственные и хвойные породы
4. Химический состав
5. Какое дерево?
6. Прочность
7. долговечность
8. Дерево и вода
9. Дерево и энергия
10. Экологически чистый
11. Используя древесину
12. Сбор урожая
13. Приправа
14. Сохранение и другое лечение
15. резка
16. Другие изделия из дерева

от Крис Вудфорд , Последнее обновление: 10 октября 2018 г.

Его много, он относительно дешевый (или даже бесплатный), он экологичен, выглядит великолепно, тепл и уютен, супер прочен, длится сотни или даже тысячи лет, и вы можете использовать его для всего, от строительства мосты чтобы сделать бумага или отопление вашего дома. Это дерево - и это, пожалуй, самый полезный и универсальный материал на планете, имеющий много тысяч различных применений. Так что же делает дерево таким хорошим? Давайте внимательнее посмотрим!

Фото: Дерево действительно растет на деревьях. Кто бы мог подумать, что из такого скрюченного старого образца вы могли бы сделать прекрасный кофейный столик или вазу с фруктами? Внешняя часть ствола дерева может выглядеть мертвой, но она очень живая: стволы деревьев растут как наружу (становится шире), так и вверх (выше).

Что такое дерево?

Вы часто слышите, как люди ворчат о деньгах и других вещах, которые «не растут на деревьях»; Самое замечательное в древесине состоит в том, что она растет на деревьях или, точнее, в стволах и ветвях.

Структура дерева

Фото: Этот столб забора когда-то был деревом, и вы все еще можете ясно видеть годичные годичные кольца, если смотреть на него сверху вниз.

Возьмите дерево и снимите внешнюю «шкуру» или кору, и вы обнаружите два вида дерева. Ближе к краю находится влажный, легкий, живой слой, называемый заболонью, заполненный трубками, называемыми ксилемой, которые помогают трубе дерева питаться водой и питательными веществами от корней до листьев; внутри заболони есть намного более темная, более твердая часть дерева, называемая сердцевиной, которая мертва, где ксилемные трубки засорены смолами или камедями и перестали работать. Вокруг внешнего края заболони (и ствола) находится тонкий активный слой, называемый камбием, где дерево на самом деле растет немного в год, образуя те знаменитые годовые кольца, которые говорят нам, сколько лет дереву. Нарежьте дерево горизонтально, пропустив пилу параллельно земле (перпендикулярно стволу), и вы увидите, что ежегодные кольца (по одному новому, добавляются каждый год) составляют поперечное сечение. Вырезать вертикально через ствол дерева, и вы увидите линии внутри, идущие параллельно стволу, образованному трубками ксилемы, образуя внутреннюю структуру дерева, известную как его зерна. Вы также увидите случайные шаткие овалы, разрывающие зерно, называемое сучками, - это места, где ветви выросли из ствола дерева. Узлы могут сделать древесину привлекательной, но они также могут ослабить ее структуру.

Лиственные и хвойные породы

Древесина подразделяется на два разных вида: твердые и хвойные, хотя их названия не всегда относятся к ее фактической твердости или мягкости:

• Древесина лиственных пород обычно происходит из широколиственных (лиственных) деревьев (которые опускают листья каждую осень, также известные как покрытосеменные, потому что их семена заключены в плоды или стручки). Примерами могут служить ясень, бук, береза, красное дерево, клен, дуб, тик и орех.
• Хвойные породы обычно происходят из вечнозеленых (хвойных) деревьев (те, которые имеют иголки и шишки и сохраняют их круглый год, также называемые голосеменными. Например, кедр, кипарис, пихта, сосна, ель и красное дерево).

Фото: слева / вверху: лиственные породы происходят из лиственных деревьев, таких как этот дуб. Его листья (вставка) опадают осенью, а новые растут весной.

Фото: справа / внизу: хвойные породы поступают из вечнозеленых хвойных деревьев, таких как эта сосна, у которой есть иголки, которые остаются на весь год, и шишки (вставка).

Обычно правда, что лиственные породы тверже хвойных, но не всегда. Бальза - самый известный пример лиственных пород, которые на самом деле очень мягкие. Лиственные породы имеют прекрасные, привлекательные зерна и используются для таких целей, как изготовление прекрасной мебели и декоративных изделий из дерева, тогда как хвойные породы часто происходят из очень высоких, прямых деревьев и лучше подходят для строительных работ (в виде досок, столбов и т. Д.). ).

Химический состав

Посмотрите на свежесрубленную древесину под микроскоп и вы увидите, что он состоит из клеток, как любое другое растение. Клетки состоят из трех веществ, называемых целлюлозой (около 50 процентов), лигнина (который составляет от пятой до четверти твердых пород древесины, но от четверти до трети хвойных пород) и гемицеллюлозы (остаток). Вообще говоря, целлюлоза - это волокнистая масса дерева, а лигнин - это клей который удерживает волокна вместе.

Какое дерево?

Внутренняя структура дерева делает дерево тем, чем оно является - как оно выглядит, как оно себя ведет и для чего мы можем его использовать. На самом деле существуют сотни различных видов деревьев, поэтому обобщение о чем-то, называемом «древесиной», не всегда так полезно: древесина бальзы отличается от дуба, который не совсем совпадает с орешником, который снова отличается от грецкого ореха. Сказав это, различные породы дерева имеют больше общего друг с другом, чем, скажем, металлы , керамика , а также пластики ,

Прочность

Физически дерево прочное и жесткое, но по сравнению с таким материалом, как сталь Он также легкий и гибкий. У него есть еще одно интересное свойство. Металлы, пластмассы и керамика имеют тенденцию иметь довольно однородную внутреннюю структуру, что делает их изотропными: они ведут себя одинаково во всех направлениях. Дерево отличается из-за его годичной кольцевой структуры. Обычно вы можете согнуть и защелкнуть маленькую мертвую ветку дерева голыми руками, но вы почти не сможете растянуть или сжать ту же ветку, если попытаетесь тянуть или толкать ее в противоположном направлении. То же самое верно, когда вы режете дерево. Если вы когда-либо рубили дерево топором, вы будете знать, что оно действительно легко расколется, если вы будете резать лезвием вдоль зерна, но гораздо труднее рубить противоположный путь (через зерно). Мы говорим, что древесина анизотропна, что означает, что кусок дерева имеет разные свойства в разных направлениях.

Фото: Дерево - традиционный строительный материал, столь же популярный сегодня, как и прежде. Поскольку древесина анизотропна, натуральные деревянные балки работают лучше в качестве вертикальных столбов (где они сжимаются), чем горизонтальных балок (где они находятся в растяжении). Здесь это не проблема, потому что эти балки ламинированы, поэтому они одинаково прочны во всех направлениях. Диагональные элементы добавляют дополнительную силу, чтобы остановить изгиб горизонтальных балок. Фото Робба Уильямсона любезно предоставлено США DOE / NREL (Министерство энергетики / Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии). Узнайте больше о как работают здания ,

Это важно не только для тех, кто срубает лес, но также важно, когда вы используете древесину в строительстве. Традиционные деревянные здания поддерживаются огромными вертикальными столбами, которые передают силы вниз в землю по всей их длине, параллельно зерну. Это хороший способ использовать древесину, потому что она обычно имеет высокую прочность на сжатие (устойчивость к сдавливанию), когда вы загружаете ее в том же направлении, что и зерно. Деревянные столбы гораздо слабее расположены горизонтально; им нужно много поддержки, чтобы они не гнулись и не ломались. Это потому, что они имеют меньшую прочность на растяжение (сопротивление изгибающим или растягивающим усилиям по зерну). Однако не все леса одинаковы. Дуб имеет намного более высокую прочность на разрыв, чем многие другие породы дерева, поэтому его традиционно использовали для изготовления тяжелых горизонтальных балок в старых зданиях. Другие факторы, такие как то, насколько хорошо выдержан (сухой) кусок дерева (как обсуждается ниже) и насколько он плотный, также влияют на его прочность.

Диаграмма: Дерево может быть очень слабым. При растяжении (например, горизонтально растягивается в стойках или балках) это один из самых слабых из всех распространенных материалов. Вот почему он с большей вероятностью будет использоваться при сжатии (в вертикальных балках), где он намного сильнее. ( бетон страдает от той же проблемы, поэтому его часто армируют сталью.) Все виды древесины различны и различаются в зависимости от атмосферных условий, но обычно они в 10-30 раз сильнее в продольном направлении, чем в радиальном направлении (см. вставку). картина ствола дерева для объяснения этих терминов).

долговечность

Одна из лучших вещей о древесине - как долго она длится. Просматривая ежедневные новости, вы часто читаете, что археологи раскопали захороненные остатки какого-то древнего деревянного предмета - деревянного инструмент возможно, или простая гребная лодка или остатки огромного здания, которому сотни или даже тысячи лет. При условии, что деревянный предмет будет должным образом сохранен (кое-что еще мы обсудим позже), он легко переживет человека, который сделал это. Но, как и этот человек, деревянный предмет когда-то был живым - и это натуральный материал. Как и другие природные материалы, он подвержен естественным силам распада в результате процесса, известного как гниение, при котором организмы, такие как грибы и насекомые, такие как термиты и жуки, постепенно отрывают целлюлозу и лигнин и превращают древесину в пыль и воспоминания.

Фото: под атакой! Большая проблема с древесиной заключается в том, что это природный материал, подверженный воздействию других природных веществ, в частности грибов и насекомых. Это то, что Формозские подземные термиты можно сделать для дерева. Фото Скотта Бауэра любезно предоставлено Министерство сельского хозяйства США / Служба сельскохозяйственных исследований ,

Дерево и вода

Дерево имеет много других интересных характеристик. Это гигроскопично, что означает, что, как губка, он поглощает воды и набухает во влажных условиях, снова выдавая воду, когда воздух высыхает и температура повышается. Если, как и у меня, в вашем доме есть деревянные окна, вы, вероятно, заметите, что они открываются намного легче летом, чем зимой, когда влажные наружные условия заставляют их разбухать в рамах (не обязательно такая плохая вещь, поскольку это помогает держаться подальше от холода). Почему дерево впитывает воду? Помните, что ствол дерева предназначен для доставки воды от корней к листьям: это в значительной степени водная магистраль. Свежесрезанный кусок «зеленого» дерева, как правило, содержит огромное количество скрытой воды, что делает его очень трудным для сжигания в качестве дров без большого количества курения и плевания. Некоторые виды дерева могут впитывать в несколько раз больше собственного веса воды, которая поглощается внутри дерева теми же структурами, которые транспортировали воду от корней дерева к листьям, когда дерево было живым растущим растением.

Дерево и энергия

Какими еще свойствами обладает древесина? Это относительно хорошо теплоизолятор (что удобно при строительстве зданий), но сухая древесина сгорает довольно легко и производит много тепловая энергия если вы нагреваете его до температуры, превышающей температуру воспламенения (точка, в которой он загорается, где-то от 200–400 ° C до 400–750 ° F). Хотя дерево может впитывать звук очень эффективно (еще одна полезная собственность в зданиях, где люди ценят звукоизоляция закрывая соседей), деревянные предметы также могут быть разработаны для передачи и усиления звука - так работают музыкальные инструменты. Дерево вообще плохой проводник электричество но, что интересно, это пьезоэлектрический (электрический заряд будет накапливаться на дереве, если вы сожмете его правильно).

Экологически чистый

Дерево было одним из первых природных материалов, которые люди научились использовать, и оно никогда не теряло своей популярности. В наши дни это особенно ценится за то, что экологически чистый товар. Лесное хозяйство - это редкий пример того, что потенциально может быть полностью устойчивым: теоретически, если вы сажаете новое дерево для каждого старого вырубленного дерева, вы можете продолжать использовать дерево вечно, не повреждая планету. На практике вам нужно заменить подобное на подобное, и лесное хозяйство не будет автоматически устойчивым, независимо от производители бумаги нравится нам верить. Совершенно новое дерево имеет гораздо меньшую экологическую ценность, чем зрелое дерево, которому сотни лет, поэтому посадка тысячи саженцев может не заменить рубку всего лишь нескольких древних деревьев. Вырубка леса может нанести огромный вред окружающей среде, будь то сплошная рубка тропических лесов или выборочная рубка зрелых деревьев в старом умеренном лесу. Некоторые процессы и химические вещества, используемые в лесном хозяйстве и деревообработке, также экологически вредный ; хлор, используемый для отбеливания древесных волокон, чтобы сделать бумагу, может вызвать загрязнение воды в реки , например. Но с другой стороны, растущие деревья удаляют углекислый газ из атмосферы, и посадка большего количества из них является одним из способов уменьшить воздействие изменение климата , Деревья также обеспечивают важные места обитания для многих других видов и помогают увеличить биоразнообразие (широкий спектр живых организмов на Земле). При правильном использовании лесное хозяйство является хорошим примером того, как люди могут жить в полной гармонии с планетой.

Используя древесину

Как дерево попадает с дерева на крышу вашего дома, на вашу книжную полку или на стул, на котором вы сидите? Это более длительное и сложное путешествие, чем вы можете подумать, что требует сбора урожая, приправы, консервирования и другой обработки, а также резки. Вот краткое руководство.

Сбор урожая

Фото: рубка длиннолистной сосны - это только начало веселья: теперь вы должны получить ее домой предпочтительно, не повреждая при этом остальную часть леса. Вот тут и приходит эта трелевочная машина, поднимая бревна гидравлический журавль и тащить их с собой мощным дизельный двигатель , Фото Рэнди С. Мюррея любезно предоставлено Армия Соединенных Штатов ,

Выращивание растений для еды называется сельским хозяйством; Выращивание деревьев для использования человеком - это лесоводство, и эти две вещи имеют много общего. Древесина - это растительная культура, которую нужно собирать, как и любую другую, но разница в том, сколько времени нужно деревьям, чтобы расти, часто многие годы или даже десятилетия. Способ заготовки древесины зависит от того, растут ли деревья на плантациях (где есть сотни или тысячи одинаковых пород, как правило, одного возраста) или в зрелых лесах (где есть смесь разных видов и деревьев разного возраста).

Посаженные деревья могут быть выращены в соответствии с точным планом и четкими (вырубается весь лес), когда они достигают зрелости. Такой радикальный подход имеет смысл, если деревья являются быстрорастущими видами, посаженными специально для использования в качестве биомасса топливо, например. Отдельные деревья также могут быть выборочно вырублены из смешанных лесов и либо вывезены машиной или животным, либо даже (если это имеет экономический и экологический смысл) вытащены вверх вертолет , что позволяет избежать повреждения других близлежащих деревьев. Иногда на деревьях удаляют кору и удаляют небольшие ветви в лесу перед тем, как вывозить их на склад пиломатериалов для дальнейшей обработки, хотя их также можно удалить в целости и сохранности, причем вся обработка выполняется за пределами площадки. Все зависит от ценности дерева, условий выращивания, того, как далеко находится лесозаготовительный завод, и от того, насколько легко его транспортировать. Другая интересная форма лесного хозяйства называется коппингом, которая включает в себя аккуратное и уважительное удаление длинных, тонких, низкорослых ветвей с деревьев, таких как орешник и ива, которые не наносят долговременного ущерба.

Фото: Эти хлопковые деревья могут выглядеть слишком изящными для изготовления столбов или досок, но они не будут использоваться ни для чего. Они являются частью быстрорастущей плантации, которая производит биомасса , тип Возобновляемая энергия сгорел в электростанции , Биомасса полезна для окружающей среды, потому что деревья поглощают столько же углекислого газа, сколько вырастают, когда выжигают; оставляя в стороне энергия Потерянный при сборе и переработке, завод по производству биомассы не производит общих выбросов углекислого газа, в отличие от традиционной электростанции, работающей на нефти или угле. Другие «энергетические культуры» включают иву, тополь и эвкалипт. Фото Уоррена Гретца любезно предоставлено Министерством энергетики США / NREL (Министерство энергетики / Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии).

Приправа

Свежесрезанное дерево немного похоже на губку, которая замачивается в воде, поэтому перед использованием его необходимо полностью высушить или приправить. Сухая древесина менее подвержена гниению и разложению, ее легче обрабатывать консервантами и покрасить , и это намного легче и легче транспортировать (как правило, половина веса свежесрубленного дерева может прибыть из воды, пойманной в ловушку внутри). Сухое дерево также намного прочнее и его легче строить (оно не будет сильно сокращаться), и если дерево предназначено для сжигания в качестве дров (или энергетической культуры), оно будет гореть легче и выделять больше тепла, если оно правильно сушат первым. Обычно древесина сушится либо на открытом воздухе (на что требуется от нескольких месяцев до года), либо, если важна скорость, в огромных печах с подогревом, называемых печами (что сокращает время сушки до нескольких дней или недель). Приправленная древесина все еще не полностью сухая: обычно ее влажность колеблется от 5 до 20 процентов, в зависимости от способа и времени сушки.

Сохранение и другое лечение

Теоретически, дерево может длиться вечно, если на него не будут нападать жуки и бактерии; консерванты могут значительно продлить его жизнь, предотвращая гниение. Различные консерванты работают по-разному. Краска, например, работает как внешняя оболочка, которая препятствует проникновению грибов и насекомых в древесину и поглощению ее, но солнечный свет и дождь заставляют краску растрескиваться и отслаиваться, оставляя древесину открытой для атаки под ней. Креозот (еще один популярный консервант для древесины) представляет собой сильно пахнущую маслянистую жидкость коричневого цвета, обычно изготавливаемую из каменноугольной смолы. В отличие от краски, это фунгицид, инсектицид, митицид и спорицид: другими словами, он предотвращает употребление грибов, насекомых, клещей и спор в пищу или рост в лесу.

Фото: забор до (справа) и после (слева) обработки антисептиком для дерева.

Различные виды обработки помогают защитить и сохранить древесину другими способами. Это большая ирония, что древесину можно использовать для строительства прекрасного дома, который прослужит много десятилетий или сгорит дотла за считанные минуты. Древесина настолько обильна и так хорошо горит, что долгое время была одним из самых любимых видов топлива в мире. Вот почему так важна огнезащитная обработка деревянных строительных изделий. Как правило, дерево обрабатывается огнезащитными химическими веществами, которые влияют на способ его горения, если оно загорается, уменьшая испаряющиеся летучие газы, поэтому она сгорает медленнее и с большим трудом.

резка

Существует большое различие между деревом и столом, которым оно может стать, даже если оба сделаны из одного и того же дерева. Это различие происходит главным образом от умелой резки и деревообработки. Сколько нужно рубить дерево зависит от продукта, который производится. Что-то вроде служебного столба или ограждения - это не что иное, как дерево, лишенное ветвей и обильно обработанное консервантами; это пример того, что называется круглый лес. Деревьям нужно немного больше поработать на лесопилке, чтобы превратить их в пиломатериалы, пиломатериалы или пиломатериалы (эти три названия часто используются взаимозаменяемо, хотя их можно использовать с более конкретными значениями). Плоские куски дерева могут быть сделаны из деревьев путем резки бревен в двух разных направлениях. Если вы режете доски пилой, идущей по линиям, параллельным длине ствола, вы получаете ровную (иногда называемую плоской) древесину (с овалами или изгибами на самой большой плоской поверхности дерева); если вы упали на дерево, разрежьте ствол на четверти, а затем нарежьте каждую четверть на параллельные доски, и вы получите древесину четвертьфинала (с зерном, проходящим вдоль самой большой плоской поверхности в широко параллельных полосах).

Фото: слева / вверху: дерево в равнине параллельно стволу, показывая годичные кольца в виде кривых или овалов. Справа / внизу: Древесина четвертинок сначала расквартировывается, а затем распиливается, обнаруживая рисунок примерно параллельных линий.

Видите, как привлекательны эти модели? Неудивительно, что дерево, предназначенное для мебели и других декоративных целей, должно быть обработано гораздо более вдумчиво и осторожно с учетом того, что называется его фигурой. Это способ обрезать конкретное дерево, чтобы показать наиболее характерные для него образцы роста в конечном куске дерева. Рисунок также может зависеть от того, какая часть дерева используется. Древесина, вырезанная из-под пня дерева, иногда дает более привлекательную фигуру, чем древесина, вырезанная сверху.

Другие изделия из дерева

Фото: ДСП изготавливается из кусков дерева, склеенных между собой и покрытых привлекательным шпоном или другим поверхностным слоем (возможно, пластиком или ламинатом). Так выглядит книжный шкаф Ikea Billy, если вы заглядываете в спину. Вы можете увидеть фанеру в крайнем левом углу и лиственную древесину справа.

Круглый лес и пиломатериалы - это то, что вы можете назвать продуктами из натуральной древесины, потому что они предполагают использование более или менее обрезанных кусков дерева в сыром виде. Есть много других способов использования деревьев, которые требуют больших объемов обработки. Некоторые виды древесины очень редки и дороги, в то время как другие дешевы и многочисленны, поэтому распространенным методом является нанесение внешнего слоя дорогой и привлекательной древесины на основу из более дешевого материала. Фанера - это тонкий декоративный слой, наносимый на более дешевую древесину, сделанную путем поворота бревна на лезвие, очень похожее на очистку яблока. Использование шпона означает, что вы можете получить привлекательную деревянную отделку при гораздо меньших затратах, чем при использовании твердого куска дорогого дерева. Фанера изготавливается путем снятия слоев древесины (или слоев) и склеивания их с наружным покрытием из шпона. Обычно каждый слой располагается под углом 90 градусов к нижнему, так что зерна чередуются. Это означает, что кусок фанеры обычно намного прочнее, чем кусок натурального дерева, из которого он сделан. Ламинированная древесина - это более слабый вид фанеры, в котором зерно каждого слоя движется в одном направлении. ДСП (часто называемое ДСП) изготавливается путем извлечения отходов стружки, хлопьев и опилок из мельницы и их выталкивания под высоким давлением с помощью клея в форму, чтобы она склеивалась для изготовления досок и панелей. Недорогая и самосборная мебель часто изготавливается таким образом. Древесноволокнистая плита похожа, но изготовлена ​​из древесной массы вместо древесной стружки и опилок. ДВП - это тонкий лист дерева, сделанный из древесных волокон почти таким же образом.

Не все изделия из дерева сразу узнаваемы. Многие люди используют бумагу и картон, например, превращая целлюлозу с деревьев в волокнистую массу. Лигнин (другой основной химикат внутри дерева) также имеет много применений, в том числе пластики (например, целлулоид, используемый в старомодном фотопленка ), краски , скипидар и дрожжевые продукты.