Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

ИССЛЕДОВАНИЕ АКУСТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПИХТЫ (А.А. Колесникова, Т.Ф. Хайбрахманова, специалитет (ТД-31))

По данным [1] пихта сибирская очень чувствительна к выбросам химических загрязнений целлюлозно-бумажного комбината. Реагируя на эти выбросы, хвоя пихты желтеет. Установлено, что в хвое деревьев, отравляемых сероорганическими соединениями, интенсивно накапливается сера. Такие соединения летучи, плохо растворяются в воде, но зимой хорошо адсорбируются снегом и удерживаются до весны. Весной происходит «залповый» выброс в атмосферу, при котором повреждается хвоя пихты.

Для экологической оценки состояния окружающей растущее дерево среды могут отбираться учетные деревья из наиболее худших экземпляров [2, 4]. Для исследования свойств древесины [3], но в растущем состоянии, используются радиальные керны, при извлечении которых дерево незначительно ранится. Без разрушения древесины ствола можно озвучивать только ветки [4].

Показателем акустических свойств многими исследователями принята акустическая константа [2], которая вдоль волокон у лучшей древесины равна более 13. А в радиальном направлении этот показатель в 3,0-3.2 раза меньше, т.е. должна быть равной более 4. Наиболее доступный метод определения акустических свойств - ультразвуковой, по измерению времени прохождения ультразвука через древесину.

Цель статьи - сравнительное исследование свойств древесины и веток деревьев пихты около п. Нолька.

Задачи. Визуально осмотреть состояние деревьев пихты в районе п. Нолька. Взять пробы древесины из ствола дерева и веток. Определить ультразвуковые показатели. Результаты измерений обработать статистически по программе Microsoft Excel, проанализировать.

В лесу были осмотрены деревья и отобраны поврежденные деревья, из которых взяты образцы веток и образцы кернов из ствола. Раны от извлечения кернов и среза веток замазывались садовым варом. Образцы кондиционировались в комнатных условиях до постоянной массы, а затем испытывались. Размеры образцов измерялись штангенциркулем с точностью ±0,05 мм, масса - с точностью ±0,00005 г, время прохождения ультразвука через образец - 0,05 мкс.

По замеренным данным определяются плотность, скорость прохождения УЗВ через древесину, акустическую константа (табл. 1 - 3).

Таблица 1

Результаты статистической обработки свойств ветвей разных деревьев

Показа-тели

Кол-во образцов (веток), шт.

Среднее арифметическое

Среднее квадр. отклонение

Коэффициент вариации, %

Погрешность, %

Доверительный интервал при значимости 1%

Пихта (ветка с первого дерева)

ν, м/с

3

2803

229

8,2

4,72

2801,43...2804,6

ρ, кг/

ν3

641

76,3

11,9

6,88

640,22...641,78

К, /(кг·с)

3

4,4

0,46

10,5

6,04

4,395...4,405

Пихта (ветки со второго дерева), параметр - плотность ρ, кг/ м2

№ 1

4

579,0

17,4

3,0

1,5

578,812...579,19

№ 2

2

569

24,2

4,3

3,04

568,79...569,21

№ 3

3

588

7,46

1,3

0,73

587,9...588,08

№ 4

3

548,2

13,2

2,4

1,39

548,07...548,33

Все ветки

12

571,9

7,6

1,3

0,4

571,81...571,99

Пихта (ветки со второго дерева), параметр - скорость v, м/с

№ 1

4

3173

117,4

3,7

1,85

3171,7...3174,3

№ 2

2

3542

80,1

2,3

1,62

3541,3...3542,7

№ 3

3

3278

96,1

2,9

1,69

3277...3278,98

№ 4

3

3048

101,6

3,3

1,93

3046,96...3049,0

Все ветки

12

3229

65,7

2,0

0,59

3228,21...3228,8

Пихта (ветки со второго дерева), параметр - акустическая константа К, /м4 (кг·с)

№ 1

4

5,5

0,35

6,4

3,18

5,4996...5,5004

№ 2

2

6,2

0,12

1,9

1,38

6,199...6,2

№ 3

3

5,6

0,14

2,5

1,45

5,599...5,601

№ 4

3

5,6

0,08

1,4

0,83

5,599...5,6008

Все ветки

12

5,7

0,13

2,3

0,7

5,698...5,702

Пихта (ветки с разных деревьев)

v, м/с

12

3564

145,6

4,09

1,23

3562,25...3565,75

ρ, кг/

12

556,8

17,54

3,15

0,95

556,59...557,01

К, /(кг·с)

12

6,4

0,46

7,19

2,16

6,393...6,407

Таблица 2

Средние значения акустических показателей кернов

№ дерева

Плотность ρ, кг/ м2

Скорость ультразвука v, м/с

К, /м4(кг·с)

1

371,5

670

1,8

2

372,4

571

1,6

Таблица 3

Результаты вычисления коэффициента перехода акустических показателей

Ka вдоль, м4/(кг·с)

Kr керн, м4/(кг·с)

Переходной коэффициент g

пихта (второе дерево)

1

5,5

2,2

2,50

2

6,2

2,2

2,82

3

5,6

2,2

2,55

4

5,6

2,2

2,55

пихта (первое дерево)

1

4,4

1,8

2,44

Из всех осмотренных деревьев разных пород все деревья пихты поражены - хвоя пожелтела. Молодняки поражены частично или наполовину, у взрослых деревьев - вершины кроны или половина кроны. Другие породы не имеют признаков желтизны и других заболеваний.

Во втором дереве испытаны четыре ветки, каждая из которых разделена на части. Небольшие значения коэффициента вариации и точности по показателям каждой ветки показали, что разброс значений не значителен. Не нужно ветку делить на части, достаточно одной малой части ветки. Незначителен также разброс по одному дереву для всех веток, поэтому для измерений достаточна часть одной ветки дерева.

Плотность веток выше, чем у кернов из ствола. Плотность керна аналогична приведенным значениям в справочнике для пихты сибирской. Акустические показатели веток значительно ниже, чем древесины вдоль волокон. Низкий переходный коэффициент также свидетельствует об отличии свойств древесины веток от ствола.

Малые показатели акустических свойств древесины кернов свидетельствуют о низких резонансных свойствах древесины пихты, что может быть связано с болезненным состоянием деревьев.

Оценка акустических свойств древесины ствола возможна по определению свойств веток, что позволяет изучать ценные деревья, например уникальные памятники и на особо охраняемых территориях.

Литература

  1. Воронин, В.И. Влияние сероорганических компонентов атмосферных выбросов на пихту сибирскую / В.И. Воронин, М.К. Соков // Лесоведение. - 2005. - № 2. С.62 - 71.
  2. Колесникова, А.А. Исследование свойств древесины по кернам / А.А. Колесникова. - Йошкар-Ола.: МарГТУ, 2002. - 178 с.
  3. Уголев Б.Н. Древесиноведение с основами лесного товароведения. - М.: МГУЛ, 2001. - 340 с.
  4. Пат. 2204133 Российская Федерация, МПК7 G 01 N 33/46, A 01 G 23/00. Способ испытания растущих деревьев / Мазуркин П.М., Колесникова А.А., Винокурова Р.И., Железина Е.Н. (РФ); заявитель и патентообладатель Марийск. гос. тех. ун-т. - №2001115173/13; заявл. 04.06.01; опубл. 10.05.2003, Бюл. № 13.

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074