Физико-механические свойства древесины

Упругая деформация. Под воздействием силы дерево деформируется по закону Гука, который гласит: «Сила упругости, возникающая в теле при его деформации, прямо пропорциональна величине этой деформации». Если допустимый предел пропорциональной силы превышен, дерево восстанавливается частично, оставаясь в определенной степени деформированным. Если действие силы не прекратится, дерево треснет. Сопротивляемость различных материалов, в том числе и дерева, обусловлена соотношением силы и деформации, которое известно как абсолютная эластичность. Она определяет сопротивляемость эластичной деформации. Чем выше значение эластичности, тем меньше деформируется материя под воздействием силы, что означает, что она менее эластична.

Показатель эластичности дерева зависит от его вида, относительного содержания влаги, а также от типа, силы и продолжительности силового воздействия. Обычно эластичность повышается в зависимости от плотности и снижается, если в дереве высок процент содержания влаги.

Коэффициент гибкости. Некоторые породы дерева могут гнуться или деформироваться вдоль оси, не ломаясь. Если они эластичны, то способны восстановить первоначальную форму, как только воздействующая на них сила прекращается. У древесины есть замечательное свойство превосходить предел упругости без незамедлительного расщепления. Вот почему она идеально подходит для изготовления изогнутых предметов, например, мебели, колес или музыкальных инструментов. Свежесрубленное, молодое и подогретое дерево более пластично по сравнению с высушенным, и оно имеет более высокий предел упругости. Согнуть древесину можно при условии нагрева изнутри (когда волокна ссыхаются), при этом необходимо смочить внешнюю поверхность водой (внешние волокна удлиняются). Этот процесс должен происходить очень медленно. Сегодня коэффициент гибкости принято увеличивать за счет нагревания дерева паром.

Твердость. Твердость древесины измеряется ее способностью противодействовать воздействию внешними объ­ектами на его поверхности (гвозди, отвертки, рубанки, пилы). Твердость древесины обусловлена сплетением волокон и их структурой, породой дерева, частью ствола и возрастом дерева. Все это сказывается на некоторых свойствах древесины.

Сопротивление древесины. Это способность древесины противостоять силе, приложенной перпендикулярно к волокнам и на­правленной на то, чтобы сломать дерево. Чтобы разломить древесину перпендикулярно волокнам, необходимо относительно большая сила. Чтобы сломать или расщепить дерево параллельно волокнам, можно приложить минимальную силу.

Сопротивление расщеплению. Этот термин подразумевает способность древесины противостоять воздействию силы, приложенной вдоль волокон во время распиловки или обрезки дерева. Древесина имеет тенденцию раскалываться по направлению, параллельному волокнам. Лезвие топора без труда проходит внутрь древесины, поскольку приложенная к нему сила легко преодолевает сплетенные между собой волокна (топор расщепляет, но не режет). Эта характеристика становится более очевидной, если посмотреть, как колют дрова для растопки: расщепить дрова по направлению роста волокон не составляет большого труда. Свежесрубленное дерево расщепляется легче высушенного. Если необходимо соединить деревянные элементы при помощи гвоз­дей или шурупов, следует проверить древесину на резистентность к расщеплению.

Износостойкость. Здесь речь идет о таких породах дерева, которые могут уменьшаться в объеме под воздействием эрозии или трения. Устойчивость к истиранию велика в перпендикулярном направлении к волокнам, но уменьшается, если прикладывать силу по касательной и заметно снижается при круговом сечении.

Ударостойкость. Ударостойкостью называется способность древесины противодействовать резко приложенной силе. Такая сопротивляемость выше, если удар наносится параллельно росту волокон и уменьшается, если удары наносить поперечно или по касательной (по направлению).

Сопротивляемость сжатию. Сопротивляемость сжатию - это способность древесины противодействовать силе, приложенной параллельно или перпендикулярно волокнам. Ввиду того что дерево используют в строительных и декоративных це­лях, важно хорошо знать, насколько оно способно противодействовать приложенным к нему силам. Эта способность у разных пород древесины неодинакова. Она ниже, чем сопротивление растяжению по направлению вдоль волокон, а ее средний коэффициент составляет 0,5. Но он может меняться от 0,25 до 0,75 в зависимости от породы дерева.

Сопротивление к сгибанию. Сопротивляемостью к сгибанию называют способность древесины противодействовать силе, приложенной под прямым углом к росту древесных волокон. Чтобы проверить древесину, доску закрепляют с двух концов, а на ее середину кладут груз, давящий перпендикулярно оси, что приводит к прогибу. Верхняя часть становится короче, а нижняя - длиннее. Результирующая сила осевого давления больше на концах доски, а к середине она понижается. Приложенная сила и коэффициент прогиба померяются специальными приборами. Так как сопротивляемость дерева к сжатию выше сопротивляемости к растяжению, верхняя поверхность доски, к которой приложена сила, сломается первой. Если продолжать и дальше давить на доску, то она разломится на щепки по осевой.

Специфический вес - существует линейная зависимость между плотности древесины и ее сопротивляемости к сгибанию. В случае, если этот закон не соблюдается, речь скорее всего идет о породах деревьев с высоким содержанием каучука.

Влажность - сопротивляемость к сгибанию максимальна при влажности древесины в 5%, но этот показатель снижается, если значение влажности приближается к предельной гигроскопичности волокна. В промежутке от 8 до 15% эта зависимость может быть названа линейной.

Температура - сопротивляемость к сгибанию уменьшается при по­вышении температуры. Это увеличение значительно выше увеличения в связи с изменением влажности. Узлы - влияние узлов варьируется в сжатие.