Quel est le bois le plus dur possible et où serait-ce un matériau pratique?

Pourquoi quelquun utiliserait-il un matériau « pire » pour faire un travail spécifique?

Tous les projets dingénierie cherchent à minimiser les utilisation de diverses ressources pour atteindre les résultats souhaités; Les matériaux «pires» sont fréquemment utilisés car le coût et la disponibilité lemportent de loin sur lefficacité de lefficacité des matériaux purs.

Par exemple, le câblage en cuivre est utilisé dans presque toutes les applications électriques. Pourquoi? Parce que cest un bon conducteur bon marché. Est-ce le meilleur chef dorchestre? Non; La conductivité électrique du cuivre de 0,596 $ \ cdot 10 ^ 6 / \ text {cm} \ Ω $ nest que denviron 95% de largent « s $ 0,63 \ cdot 10 ^ 6 / \ text {cm} \ Ω $. Ce qui rend le cuivre plus souhaitable pour plus dapplications, sa grâce salvatrice, cest le fait quil coûte environ $ \ $ 2,7 / \ text {lb} $ (allant de 2 à 4 \ $ / lb au cours des 5 dernières années) par rapport à largent « s $ \ $ 267.8 / \ text {lb} $ (entre 200 et 500 \ $ / lb au cours des 5 dernières années) pricetag. En fait, un certain nombre d’applications tentent de se convertir au câblage en aluminium car l’aluminium « s $ 0.377 \ cdot 10 ^ 6 / \ text {cm} \ Ω $ est toujours tout à fait raisonnable car son coût est inférieur de $ \ $ 0,85 / \ text {lb} $ (compris entre 0,65 et 1,20 \ $ / lb au cours des 5 dernières années).

Le béton et lacier sont essentiellement des cuivres de résistance à la compression et à la résistance à la traction, respectivement. Ils sont utilisés dans la plupart des gratte-ciel et autres grands projets de construction car ils sont très bons pour faire leur travail efficacement à un prix raisonnable. Le bois est généralement utilisé pour les travaux à petite échelle où lefficacité pure des matériaux est moins importante que les coûts associés à une plus grande disponibilité et à une plus grande facilité de construction.

Lorsque le coût nest pas le facteur limitant, dautres critères de conception plus spécifiques peuvent exister. Le bois est un diélectrique (cest-à-dire non métallique) et il peut donc être plus souhaitable dans les applications où les réflexions radiofréquences ne seraient pas souhaitables. De même, il est non magnétique et ne devient pas magnétisé comme le fait un métal ferreux comme lacier. Le bois est également relativement léger par rapport au béton et à lacier, il peut être pratique lorsque les dimensions physiques imposantes sont moins préoccupantes que la densité du matériau.

Quelle est la race de bois la plus dure qui puisse exister?

Il est un peu plus difficile de répondre franchement à cette question avec des chiffres, mais le ciel est la limite si vous autorisez des niveaux ultra-futuristes de modification génétique.

Le bois est si fort par rapport à son poids car il est essentiellement un métamatériau à croissance naturelle. Les cellules de la plante ont des parois composées de fibres de cellulose et de polymères de lignine liés (qui ont une résistance élevée à la traction et à la compression, respectivement) et forment une matrice de boîtes répétitives qui permet une grande rigidité même après une grande partie de le poids de leau à lintérieur des cellules a été séché. La bio-ingénierie de lorganisme pour être plus fort ne nécessiterait que de concevoir de meilleurs substituts organiques pour la cellulose et la lignine (et / ou des versions optimisées). Les nanotubes de carbone ou les feuilles de graphène ne sont pas complètement hors du domaine des possibilités ici. De plus, la conception de structures de métamatériaux plus efficaces est une autre façon daméliorer les propriétés du matériau en vrac du bois. La cellulose et la lignine du bois forment une matrice de blocs de construction principalement rectangluar, qui est essentiellement un simple réseau cristallin cubique formé de parois cellulaires extracellulaires. Les usines dingénierie qui ont une structure de soutien intracellulaire plus complexe pourraient permettre à ces structures de ressembler plus étroitement aux structures de réseau cubique en diamant et daugmenter la résistance dun peu.

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• Bien sûr, une fois que vous ‘ cultiver des arbres graphène / carbone, cela compte-t-il toujours comme  » bois « ?
• Si vous avez des nanobots construisant un cadre de nanostructures de carbone, alors vous avez plus une nanofactory quun arbre  »  » donc là ‘ ne serait pas logique dappeler le matériau  » bois « . Cependant, si vous avez toujours un arbre qui pousse en empilant cellule après cellule et qui utilise simplement des nanotubes comme cellulose de conception optimale dans ses parois cellulaires, alors pourquoi ne pas lappeler bois?
• Un autre bon exemple à ajouter car le câblage serait en aluminium, qui est en fait plus léger et moins cher que le cuivre pour le câblage et est utilisé pour les longs câbles aériens pour ces raisons, mais présente un certain nombre d’inconvénients qui compensent cela pour de nombreuses autres applications comme le câblage domestique et lélectronique. Et l’autre côté de cette médaille est que l’aluminium est un bon choix pour les longs trajets aériens à haute tension malgré sa faible conductivité, etc. L’aluminium par rapport au cuivre est un bon exemple des différents avantages / inconvénients dans différents scénarios.
• @JasonC La dernière phrase du paragraphe de câblage mentionne déjà Al étant encore moins cher que Cu et utilisé dans certaines applications. Cependant, ‘ nentrerai pas dans les détails, car je ‘ craignant que trop de détails puissent répondre à cette question sur le bois. un peu trop loin des rails.
• La manipulation génétique ultra-futuriste pourrait également conduire à une alternative très intéressante de faire en sorte que les structures faites de bois maintiennent lorganisme en vie! Étant donné que le bois serait si difficile quil serait difficile à récolter et à traiter pour son utilisation, les arbres génétiquement améliorés sont donc plantés sur place et cultivés dans la forme souhaitée, peut-être grâce à un processus qui implique des outils externes tels que léclairage et les treillis.

Pas pour contourner la question du « bois le plus dur », mais en ce qui concerne lapplication … les bois durs sont généralement utilisés dans les endroits où vous voulez de la force, mais pas du poids. Des choses comme les manches doutils, les équipements sportifs (battes de baseball et bâtons de hockey par exemple), les meubles, etc.

Un pied cube dacier est incroyablement solide, mais il est aussi incroyablement lourd à 490 livres (7900 kg / m ³ ). Un pied cube de bois dur est généralement plus proche de 50 lb (800 kg / m ³ ).

En ce qui concerne «le meilleur matériau pour le travail», jai toujours eu une préférence pour les bâtons de hockey en bois, mais enveloppés de bois en Kevlar aide à lusure de … Eh bien … Hockey. Ils sont légers, légèrement flexibles, mais toujours incroyablement solides. Mon premier bâton a plus de 20 ans et il est toujours utilisable malgré quelques coups dus à des jeux plus rugueux.

En ce qui concerne la construction …Bien sûr, lacier et le béton sont plus solides et dans de nombreux cas plus durables, mais ils « sont beaucoup plus lourds et ils » sont également beaucoup plus chers.

Aussi … Le bois le plus dur possible dépend vraiment de lapplication et si vous parlez dune simple dalle ou dun pli composite.

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• Aussi: le bois est considéré comme plus respectueux de lenvironnement que le béton / acier, peut mieux résister au froid extrême, …

Demandez-vous le bois le plus dur ou le plus solide? Ce sont deux choses différentes.

Bubinga est le bois le plus solide que je connaisse, avec un module de rupture (flexion) de 24410 lb $ _ \ text {f} $ / in $ ^ 2 $ (168,3 MPa) mais la résistance à lécrasement (compression) est seulement 10 990 lb $ _ \ text {f} $ / in $ ^ 2 $ (75,8 MPa), moins de la moitié de la résistance à la flexion.

Gardez à lesprit que la résistance à lécrasement dépend fortement de lorientation du du grain à la contrainte, la résistance peut être jusquà dix fois inférieure lorsque la contrainte est perpendiculaire au fil.

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• Souhaiterait ajouter deux choses ici: 1) Il peut être possible dutiliser quelque chose comme une presse hydraulique pour comprimer le ferait avant la main, le rendant ainsi plus fort. 2) Il peut être possible de rendre le bois plus solide en surveillant / influençant sa croissance ‘. Par exemple. il pousserait plus lentement par temps froid – donc des anneaux plus serrés et un bois plus compact. Des choses comme la suppression des brindilles et des branches peuvent également laffecter – cela était auparavant fait par exemple sur les arbres destinés à être utilisés pour les cadres de fenêtres.
• Il y a Ipe ( » Noyer brésilien  » bien que ce ne soit pas un vrai noyer) avec module de Ruputre 177 MPa et résistance à lécrasement 93,8 MPa.

Lignum vitae est utilisé en ingénierie depuis des siècles. En plus dêtre dense et résistante, elle a aussi la propriété inhabituelle dêtre autolubrifiante.

De nombreuses turbines hydroélectriques sont encore fabriqué en utilisant du lignum vitae pour les roulements, et de nombreux systèmes hydrauliques plus anciens sont toujours en service avec des roulements en lignum vitae après des décennies.

Il était également largement utilisé pour des contraintes inférieures / inférieures -les roulements de température dans les voitures et autres véhicules. Les embouts de biellette de direction / biellette de direction en particulier étaient toujours en lignum vitae dans les voitures davant-guerre, et cela a persisté jusque dans les années 1960 pour certaines marques.

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• En passant: il y a une vingtaine dannées, jai fait le tour du barrage de la pointe du Bois sur la rivière Winnipeg. Le barrage avait été construit en 1911. Les turbines étaient daxe horizontal avec les paliers dextrémité amont en Lignum vitae, et lubrifiées avec un goutte-à-goutte deau. En 1983, ils utilisaient toujours les roulements dorigine.
• @SherwoodBotsford Intéressant – merci!

Si vous cherchez simplement le bois le plus dur, vous voudrez peut-être regarder le bois pétrifié .

Cela ressemblerait au bois. en apparence, mais il offrirait une solidité semblable à la pierre. Pensez à lutiliser pour faire des piliers dans un bâtiment, vous auriez un pilier qui ressemble à un arbre, mais se comporte comme une pierre.

Bien sûr, vous pourriez difficilement lutiliser comme poutre à cause de sa faible résistance à la traction.

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• Pourquoi? Quest-ce que le bois pétrifié offre au PO? Dans létat actuel des choses, ce nest guère plus quune réponse de type lien uniquement, car elle réitère simplement une partie du titre de la question et donne ensuite un lien vers un article de Wikipédia.
• @MichaelKj ö rling, merci pour votre commentaire. Jai développé la réponse
• Mais le bois pétrifié nest plus du ‘ t bois, il ‘ s rock. Selon ces critères, les carreaux de céramique à grain de bois (autrefois vendus sous le nom de marque ‘ Strata ‘) seraient encore plus durs.
• Le bois pétrifié ne doit ‘ pas ressembler au bois ou être brun. Je possède quelques exemples de la couleur des cloisons sèches.
• Combien de temps faut-il pour pétrifier le bois? Pourriez-vous sculpter une structure en bois (poutres, joints, etc.) puis pétrifier le tout, puis remonter les morceaux de pierre? Cela offrirait-il un avantage sur la pierre à sculpter en premier lieu?

En science des matériaux, il y a ceci image de la même force appliquée à différents matériaux de mêmes dimensions.
La première réponse à « comment faire pour ne pas casser si facilement est » doubler la quantité de matériau ou mettre un support là où la force est appliquée « .

La vraie réponse à votre question nest donc pas où mais pourquoi et comment. Par exemple, le passage des navires en bois à lacier a été dicté par les dimensions que les navires en acier pouvaient avoir. Par contre, les petits navires étaient moins chers et plus légers quand en fibre de verre.
Même chose pour les maisons, si vous voulez construire des bâtiments rapides et non sophistiqués, vous utilisez des préfabriqués. Mais le bois est plus plastique et librement disponible. Vous pouvez donc nettoyer votre parcelle et avoir déjà du matériel sur place.

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• Vous avez écrit  » Mais le bois est plus plastique « . Je modifierais pour ajouter le mot manquant après ‘ plus ‘, mais je ‘ m Je ne sais pas ce que vous alliez dire là-bas.
• @ Anon234_4521 il ‘ essaie de dire que le bois est plus plastique: plastique ˈplastɪk / 2. (sur substances ou matériaux) facilement façonnés ou moulés. (modifié depuis en.oxforddictionaries.com/definition/plastic

Vos questions sont très larges et nont pas de réponse définitive. Comme mentionné dans dautres réponses, « dureté » na « pas une seule signification.

Larticle de Wikipédia sur la dureté mentionne 3 principaux « types » de dureté, mais même en utilisant un seul style de machine de mesure, des classements assez différents (et contradictoires) seront observés. Un matériau dur, par exemple, est pratiquement inutile sil se ramollit sous la pluie ou lors de lexposition au soleil ou juste au fur et à mesure quelle vieillit. Bien sûr, vous pouvez protéger une surface du soleil et de la pluie (dans une certaine mesure), mais il y a un assez grand nombre de propriétés quune substance doit avoir pour être « utile ».

De plus, et divulgation complète ici, je ne suis pas un botaniste, et je nai aucune connaissance du Buloke, mais Wikipedia dit que cest une espèce Ironwood. Le même tableau qui le répertorie à> 5000 indique Ironwood à ~ 3000. Vous doit être très critique tak ces chiffres à leur valeur nominale. Ironwoods, jen connais (très) peu. Une de leurs propriétés est leur haute teneur en huile. Cest bon pour la répulsion de leau (et des insectes) mais pas du tout pour la peinture ou le contact avec dautres surfaces si elles « sont sujettes à des taches car (pas si) lhuile saigne.

Comme le dit la réponse précédente , ne confondez pas la dureté avec la force. Ma conjecture pour le bois le plus «dur» que nous pourrions cultiver / concevoir serait que cest aussi dur que le biomatériau le plus dur connu. Je pense (mais je ne suis pas sûr) que ce soit de la calcite, de l’aragonite ou de l’hydroxylapatite. Il serait intéressant de déterminer si les biomatériaux à base de silice étaient plus durs, je ne serais pas surpris (les diatomées et les radiolaires font des parois de silice). Puisque les biomatériaux sont des nanocomposites, et peuvent être 10 fois plus «durs» que le minéral inorganique quils dérivent de, il nest pas vraiment possible (à mon humble avis) de dire quelle est la limite supérieure de dureté. (La terre de diatomées est utilisée comme abrasif, donc elle est probablement assez dure.)

Pour un matériau à être utile, il faut non seulement un grand nombre de propriétés pour répondre à un besoin particulier, mais léconomie doit être favorable (ce qui signifie que loffre du matériau est bonne et la demande également forte).

Le test que vous avez mentionné était ( probablement) conçu (au moins a été sélectionné) pour être utile avec le bois dans les applications dans lesquelles le bois est utilisé. Cela signifie que dautres mesures seraient probablement nécessaires avant quun bois particulier ne soit jugé suffisamment dur pour fonctionner dans des situations inhabituelles , manière atypique.

Vous posez deux questions. La réponse à la première est A. Daprès ce que nous savons maintenant n, les rédacteurs de Wikipédia en savent plus que moi, B. Autant que possible, eh bien, cest assez ouvert. Il est certainement possible de faire développer à une plante une peau similaire aux matériaux durs que lon trouve dans les règnes animal (et microbiote). Trouvez le biomatériau le plus dur connu de lhomme et commencez par là. Si vous voulez spéculer, augmentez sa dureté de 10X.

Pour répondre à la seconde. Vous ne nous avez pas donné toutes ses propriétés. Comme je lai dit, nous donner une seule propriété et nous demander où elle « pourrait » être utile nest pas susceptible de recueillir beaucoup de réponses incisives, cest une question trop large et vague. Comme on dit, le diable est dans les détails. Les matériaux durs, sont généralement utilisés pour protéger les autres matériaux contre les dommages, ou au contraire, ils sont utilisés pour endommager dautres matériaux. Donc, utiliser comme couches de surface ou dans des abrasifs serait mon première inclinaison.

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• Je pense que cette réponse serait considérablement améliorée si vous la divisez en paragraphes, utilisez une mise en forme appropriée et des modifications similaires . Comparez writers.stackexchange.com/q/26899/2533 .
• Je pense que lespacement des paragraphes est correct, mais nhésitez pas à revenir en arrière modifier si vous nêtes pas daccord.

Je pense que je « vais changer » Hardest « en » Robuste et polyvalent « parce que nous navons pas encore de cas dutilisation pour préciser les choses. Cependant, un bois extrêmement résistant et polyvalent en Amérique du Nord est lOsage Orange Maclura pomifera . Il est également connu sous le nom darbre de haie. Cest aussi le fléau de quiconque a besoin den couper un dans sa propre cour.

1. Larbre de haie est joli dur , le plus dur dAmérique du Nord avec une dureté Janka de 2040 lorsquelle est verte et elle devient de plus en plus dure à mesure quelle sèche, jusquà 2700. Cest environ 2 fois plus que le plus dur des chênes. Jai vu quil vous était recommandé de faire toute sculpture lorsque le bois est encore vert car vous ne pourrez « pas le faire quand il sèche.

2. Cest un peu flexible . Lorsquil est combiné avec la dureté, il devient un bois prisé des fabricants darcs. Les Amérindiens voyageraient assez longtemps pour récolter les membres dune Osage Orange pour les arcs.

3. Il est très résistant à la pourriture . Cest fréquemment utilisé pour les poteaux de clôture car il durera sous le niveau du sol (dans le sol) pendant très, très longtemps. Il nobtient pas de moisissure ou de moisissures pénétrant profondément dans le bois. Les insectes semblent également éviter le bois. Le fruit est souvent utilisé comme insectifuge naturel.

4. Cest dense . Ce bois va manger les tronçonneuses. I Je sais que je dois en couper une dans ma cour. Elle avait environ 12 ans et il a fallu 3 chaînes de tronçonneuse pour passer. Certes, jai une tronçonneuse bon marché, mais quand même. est aussi lourd que diable et je veux faire quelque chose avec, mais je ne sais pas encore quoi.

5. il brûle chaud ! Lorsquil est utilisé comme bois de chauffage, il émettra environ deux fois plus de BTU que la plupart des variétés de chêne. Il apparaît beaucoup, donc pas bon dans une cheminée ouverte, mais dans un poêle à bois scellé, jai pu garder ma maison à environ 80 degrés F pendant une tempête de neige où lextérieur était de 12 degrés.

6. Il pousse dans une variété de climats et de sols . Il a été utilisé dans le Midwest pour créer des brise-vent et pour aider à lérosion du sol pendant le Dust Bowl.

Donc pour ce qui est peut-être le bois naturel le plus résistant et le plus polyvalent qui existe actuellement, Osage Orange Maclura pomifera est votre ami. Ce serait également une bonne base pour tout type de singe autour de vous voudra peut-être faire avec ses gènes.

Alors que nous « reconstruisons le monde, laissez « s supposent un certain développement dans le génie génétique et le développement de protéines pour catalyser lassemblage des atomes de carbone dans des structures régulières.

Alors il est concevable que notre arbre modifié puisse construire une forme cristalline tétraédrique stable de carbone, au moins à léchelle cellulaire – peut-être sous forme de parois cellulaires ou dépine interne. Comme il sagit toujours dun arbre, ces petites structures seraient probablement noyées dans une matrice de cellulose, qui pourrait avoir ses propres faiblesses.

Néanmoins, leur dureté ultime serait celle de leur forme cristalline – le diamant.

Chêne vivant du sud Quercus virginiana a une dureté Janka de 2 680 lbf (12 920 N) voir http://www.wood-database.com/live-oak/ Pas aussi « fort » que certaines autres espèces, mais historiquement, cétait un élément très important de la construction navale américaine car les longues branches courbées des bois pouvaient être transformées en nervures et autres bois de construction sans avoir à être sculptés. Cela a donné une grande force à la coque. Old Ironsides était un exemple de ce type de construction. Le chêne vivant était larme secrète de la construction navale américaine. Une partie de la question de la dureté de la résistance a donc à voir avec la forme anticipée.

Lépicéa daéronef a lune des plus hautes résistances: rapports de poids de tout matériau naturel – exemple quelque peu différent, mais également remarquable.

Réponse supplémentaire. Le bois est fait de fibres de cellulose. Quelle est la force de la cellulose?

Très fort. Il y a beaucoup de détails ici: https://www.extremetech.com/extreme/134910-nanocellulose-a-cheap-conductive-stronger-than-kevlar-wonder-material-made-from-wood-pulp . Citation: « léger, flexible, plus résistant que lacier, plus rigide que Kevlar « … Il est, bien sûr, produit par un arbre dans une structure aiguisée par lévolution (à long terme) et lenvironnement (pendant la durée de vie de larbre) pour être le plus utile à larbre. Nous devons faire un peu de travail pour la reformer en nanocellulose, plutôt que de simplement la scier en poutres.

Le bois contient également une colle naturelle appelée lignine qui lie les fibres de cellulose entre elles. Tout comme la cellulose est au moins aussi forte que nos meilleurs plastiques, la lignine est au moins aussi bonne que nos meilleures colles et résines. Jusquà récemment, cétait un ordre de grandeur meilleur, mais nos chimistes ont rattrapé leur retard, et maintenant nous pouvons coller du bois sur du bois aussi fortement que si larbre avait fait pousser le bois dans la forme que nous voulions (*). Entrez Glulam. (Nom horrible: une contraction de stratifié collé, je pense). Quoi quil en soit, google « glulam » et vous découvrirez que les gens construisent maintenant de petits gratte-ciel en bois et en planifient de plus grands.Il est, après tout, poids pour poids aussi fort que lacier (et contre-intuitivement, plus résistant au feu!) Le lamellé-collé nest pas la même chose que le simple bois scié, donc les architectes se sentent toujours à laise. , et construire dabord lexpérience et la confiance avec des structures plus petites.

Cest la construction du monde, donc ces références vous indiquent ce qui est possible (en utilisant de la cellulose). Nous pourrons peut-être reprogrammer les arbres pour produire du bois plus adapté à nos propres besoins, en utilisant le génie génétique. Ou sur une planète avec une gravité plus élevée, lévolution peut avoir fait la même chose (sinon, il ny a pas darbres sur cette planète). Et il est même possible quil existe un meilleur bio-polymère que la cellulose.

(*) Au fait, les constructeurs médiévaux ont utilisé les formes que larbre a poussées. Ils nont pas découpé le bois en bois arbitrairement droits mais plus faibles. Ils ont construit des toits en forme darche et des navires contenant du bois naturellement incurvé. pliable, puis attendez un siècle pour récolter du bois avec les courbes dont ils avaient besoin. Nous pouvons maintenant (ou bientôt) avoir la biotechnologie pour diriger la croissance dun arbre par des moyens plus subtils que de lier un jeune arbre à un cadre. Cependant, avons-nous la patience?

Donc, je ne sais pas quel bois est le plus dur mais ici en Australie, lespèce Ironwood ont été historiquement utilisés pour les poteaux électriques. Leur densité et leur force signifient quils sont très résistants à la pourriture (moins de problème dans larrière-pays) et aux attaques de termites (plus important encore). Utiliser de lacier nest pas une bonne option car il conduit lélectricité. Il y a des décennies, les bois de fer étaient plus accessibles car vous pouviez les couper de lenvironnement environnant. Bien sûr, ils ont été surexploités et le fait dêtre un arbre à croissance très lente nest plus un produit du bois durable. De plus, nous sommes meilleurs pour isoler les poteaux en acier et les former en béton coulé.