Jakie jest najtwardsze drewno z możliwych i gdzie byłby to praktyczny materiał?

Przy twardości Janka wynoszącej 5060 lbf Australian Buloke jest uważane za najtwardsze drewno na Ziemi. Jednak w porównaniu z innymi materiałami nadal zapewnia słabszą wytrzymałość na ściskanie i moduł zerwania niż stal oraz znacznie niższą wytrzymałość na ściskanie niż Beton .

Chociaż nie mogłem znaleźć danych dotyczących Buloke, gatunek Quebracho jest prawie tak samo twardy i tylko w połowie tak wytrzymały jak stal te pomiary. Quebracho ma około 12000 funtów / cal $ ^ 2 $ wytrzymałość na ściskanie i 20000 funtów / cal $ ^ 2 $ moduł pęknięcia, do maksymalnego dla stali znacznie ponad 100000 funtów / cal $ ^ 2 $ dla obu.

  • Jaki jest najtwardszy gatunek drewna, jaki może istnieć, w sposób naturalny lub w wyniku celowej modyfikacji genetycznej lub hodowli?
  • Gdzie we współczesnym społeczeństwie taki materiał byłby praktyczny ze względu na jego właściwości fizyczne? ( Dodatkowe uwagi w każdej sytuacji, w której byłby to najlepszy materiał do pracy)

Uwagi

  • Wygląd fizyczny nie jest w żaden sposób czynnikiem, jeśli chodzi o to pytanie.
  • „Twardość” do celów tego pytania oznacza najwyższą Twardość Janki.
  • Nawet jeśli odpowiedź na drugą część jest taka, że nie zawsze jest ona skuteczna, nadal wolałabym, aby odpowiedź w pierwszej części została udzielona.

Komentarze

  • Co próbujesz zrobić z drewnem, co będzie miało duży wpływ na to, jak t o uczynić go silniejszym. budowanie dużych budynków z drewna jest tak samo ważne, jak na przykład wytrzymałość, nie jest przypadkiem, że największe drzewa na ziemi nie są wykonane z najmocniejszego drewna, ale ze względu na równowagę między wytrzymałością a lekkością.
  • Trudno mi odpowiedzieć na to pytanie. Studiowałem architekturę i zawsze lubiłem bawić się materiałami. Pomijając estetykę, każdy materiał ma swoje wady i zalety, a nie ma czegoś takiego jak najlepszy materiał do zastosowań ogólnych. To zawsze zależy od aplikacji.
  • Czego ' jest tutaj wymagane? Najwyższa twardość czy najwyższa trwałość? Coś trwałego wykonanego z drewna miałoby pewien poziom elastyczności, aby pochłaniać naprężenia bez pękania.
  • Wytrzymałość na ściskanie i twardość to różne rzeczy, a obie różnią się od wytrzymałości na rozciąganie. Beton ma dobrą wytrzymałość na ściskanie; stal ma dobrą wytrzymałość na rozciąganie. To ' powoduje, że ' są często łączone, aby uzyskać najlepsze właściwości obu. Twardość to nie to samo; niektóre bardzo twarde materiały mogą być zaskakująco kruche. Ponieważ wydaje Ci się, że mylisz twardość i wytrzymałość, prawdopodobnie pomocne byłoby wyjaśnienie dokładnie, jakich właściwości drewna ' szukasz i jakich zastosowań ' zastanawiam się nad użyciem ich do.
  • ” do stali ' to nieco ponad 44 000 lb / in2 ” Skąd bierzesz dane dotyczące stali? Dobra stal może być pięciokrotna (lub mocniejsza). Dla Twojej wiadomości:

Odpowiedź

Dlaczego ktoś miałby kiedykolwiek używać „gorszego” materiału do wykonywania określonej pracy?

Wszystkie projekty inżynieryjne mają na celu zminimalizowanie wykorzystanie różnych zasobów w celu osiągnięcia pożądanych rezultatów; Często używane są „gorsze” materiały, ponieważ koszt i dostępność znacznie przewyższają efektywność czystej wydajności materiałowej.

Na przykład okablowanie miedziane jest używane w prawie wszystkich zastosowaniach elektrycznych. Dlaczego? Bo to dobry tani przewodnik. Czy to najlepszy dyrygent? Nie; Przewodnictwo elektryczne miedzi wynosi 0,596 $ \ cdot 10 ^ 6 / \ text {cm} \ Ω $ to tylko około 95% srebra „s $ 0,63 \ cdot 10 ^ 6 / \ text {cm} \ Ω $. To, co sprawia, że miedź jest bardziej pożądana dla większej liczby zastosowań, jej oszczędność, to fakt, że kosztuje około $ \ 2,7 $ / \ text {lb} $ (w zakresie 2-4 \ $ / funt w ciągu ostatnich 5 lat) w porównaniu do srebra $ \ $ 267,8 / \ text {lb} $ (od 200-500 \ $ / lb w ciągu ostatnich 5 lat) cena. W rzeczywistości wiele aplikacji próbuje przejść na okablowanie aluminiowe, ponieważ aluminium „s 0,377 $ \ cdot 10 ^ 6 / \ text {cm} \ Ω $ jest nadal całkiem rozsądne, ponieważ jego koszt jest niższy o $ \ 0,85 $ / \ text {lb} $ (wahający się od 0,65-1,20 \ $ / lb przez ostatnie 5 lat). p>

Beton i stal to zasadniczo miedziane odpowiednio wytrzymałe na ściskanie i rozciąganie. Są używane w większości drapaczy chmur i innych dużych projektów budowlanych, ponieważ bardzo dobrze wykonują swoją pracę za rozsądną cenę. Drewno jest zwykle stosowany do prac na mniejszą skalę, gdzie czysta wydajność materiałowa jest mniej ważna niż koszty związane z większą dostępnością i łatwością budowy.

Tam, gdzie koszt nie jest czynnikiem ograniczającym, mogą istnieć inne, bardziej szczegółowe kryteria projektowe. Drewno jest dielektrykiem (tj. Niemetalowym) i dlatego może być bardziej pożądane w zastosowaniach, w których odbicia fal radiowych byłyby niepożądane. Podobnie jest niemagnetyczny i nie namagnesowuje się tak, jak metal żelazny, taki jak stal. Drewno jest również stosunkowo lekkie w porównaniu z betonem i stalą, może być przydatne, gdy duże wymiary fizyczne mają mniejsze znaczenie niż gęstość materiału.


Jaki jest najtwardszy gatunek drewna, jaki może istnieć?

To pytanie jest trochę trudniejsze do udzielenia bezpośredniej odpowiedzi liczbami, ale niebo jest granicą, jeśli pozwolisz na ultra-futurystyczny poziom modyfikacji genetycznych.

Drewno jest tak silne w stosunku do swojej wagi, ponieważ jest zasadniczo naturalnie rosnący metamateriał. Komórki rośliny mają ścianki złożone z włókien celulozowych i połączonych polimerów ligniny (które mają odpowiednio wysoką wytrzymałość na rozciąganie i ściskanie) i tworzą matrycę powtarzających się pudełek, co pozwala na dużą sztywność nawet po wielu masa wody wewnętrznej komórki została wysuszona. Bioinżynieria organizmu, aby był silniejszy, wymagałaby jedynie zaprojektowania lepszych organicznych zamienników celulozy i ligniny (i / lub wersji zoptymalizowanych). Nanorurki węglowe lub arkusze grafenowe nie są tutaj całkowicie poza zakresem możliwości. Dodatkowo projektowanie bardziej wydajnych struktur metamateriałowych jest kolejnym sposobem na poprawę właściwości materiału sypkiego drewna. Celuloza i lignina z drewna tworzą matrycę z przeważnie prostokątnych bloków budulcowych, która jest zasadniczo prostą sześcienną siecią krystaliczną utworzoną z zewnątrzkomórkowych ścian komórkowych. Inżynieria roślin, aby mieć bardziej złożoną wewnątrzkomórkową strukturę podporową, mogłaby pozwolić tym strukturom bardziej przypominać diamentowe struktury sześcienne i znacznie zwiększyć wytrzymałość.

Komentarze

  • Oczywiście po ' uprawianiu drzew grafenowych / węglowych, czy nadal liczy się to jako ” drewno „?
  • Jeśli masz nanoboty budujące szkielet nanostruktur węglowych, masz więcej nanofabryki niż ” drzewo ” więc ' nie ma sensu nazywać materiału ” wood „. Jeśli jednak nadal masz drzewo, które rośnie, układając komórkę za komórką i po prostu wykorzystuje nanorurki jako optymalnie zmodyfikowaną celulozę w swoich ścianach komórkowych, to dlaczego nie nazwać go drewnem?
  • Kolejny dobry przykład do dodania ponieważ okablowanie byłoby wykonane z aluminium, które jest w rzeczywistości lżejsze i tańsze niż miedź do okablowania i jest używane do długich przewodów napowietrznych z tych powodów, ale ma kilka wad to rekompensuje to w wielu innych zastosowaniach, takich jak okablowanie domowe i elektronika. Drugą stroną medalu jest to, że aluminium jest dobrym wyborem do długich napowietrznych przebiegów wysokiego napięcia, pomimo jego niższej przewodności itp. Aluminium kontra miedź to dobry przykład różnych zalet / wad w różnych scenariuszach.
  • @JasonC W ostatnim zdaniu akapitu dotyczącego okablowania wspomniano już, że Al jest jeszcze tańszy niż Cu i jest używany w niektórych zastosowaniach. Nie ' nie wchodzę jednak w szczegóły, ponieważ ' martwię się, że zbyt wiele szczegółów może odpowiedzieć na to pytanie dotyczące drewna a trochę za daleko od szyn.
  • Ultra-futurystyczna manipulacja genetyczna może również prowadzić do bardzo interesującej alternatywy polegającej na tym, aby konstrukcje wykonane z drewna utrzymywały organizm przy życiu! Ponieważ drewno byłoby tak twarde, trudno byłoby je zebrać i przetworzyć w celu wykorzystania, więc zamiast tego genetycznie wzmocnione drzewa sadzi się na miejscu i wyrasta na pożądany kształt, być może w procesie, który obejmuje narzędzia zewnętrzne, takie jak oświetlenie i kraty.

Odpowiedź

Nie omijaj pytania „najtwardsze drewno”, ale jeśli chodzi o zastosowanie … Drewno liściaste jest zwykle używane w miejscach, w których chcesz mieć siłę, ale nie wagę. Rzeczy takie jak uchwyty narzędzi, sprzęt sportowy (na przykład kije baseballowe i kije hokejowe), meble i tak dalej.

Stopa sześcienna stali jest niewiarygodnie mocna, ale jest też niesamowicie ciężka i waży 490 funtów (7900 kg / m 3 ). Stopa sześcienna twardego drewna jest zwykle bliższa 50 funtów (800 kg / m 3 ).

Jeśli chodzi o „najlepszy materiał do pracy”, zawsze wolałem drewniane kije hokejowe, ale drewniane w Kevlarze pomaga w znoszeniu … Cóż … hokeju. Są lekkie, nieco elastyczne, ale nadal niesamowicie mocne. Mój pierwszy kij ma ponad 20 lat i nadal można go używać pomimo kilku uderzeń z trudniejszych partii.

Jeśli chodzi o budowę …Oczywiście stal i beton są mocniejsze iw wielu przypadkach trwalsze, ale „są dużo cięższe i” są też dużo droższe.

Poza tym … Najtwardsze możliwe drewno naprawdę zależy od zastosowania i tego, czy mówisz o prostej płycie czy o sklejce kompozytowej.

Komentarze

  • Ponadto: drewno jest postrzegane jako bardziej przyjazne dla środowiska niż beton / stal, może być bardziej odporne na ekstremalne zimno, …

Odpowiedź

Pytasz o najtwardsze czy najmocniejsze drewno? To dwie różne rzeczy.

Bubinga to najsilniejsze drewno, jakie znam, z modułem zerwania (zginania) 24,410 funtów $ _ \ text {f} $ / in $ ^ 2 $ (168,3 MPa), ale wytrzymałość na zgniatanie (ściskanie) wynosi tylko 10 990 funtów $ _ \ text {f} $ / in $ ^ 2 $ (75,8 MPa), mniej niż połowa wytrzymałości na zginanie.

Należy pamiętać, że wytrzymałość na zgniatanie jest bardzo zależna od orientacji ziarno do naprężenia, wytrzymałość może być nawet dziesięciokrotnie mniejsza, gdy naprężenie jest prostopadłe do włókien.

Komentarze

  • Chciałbym dodaj dwa rzeczy tutaj: 1) Możliwe jest użycie czegoś w rodzaju prasy hydraulicznej do wcześniejszego ściśnięcia go, co zwiększy jego wytrzymałość. 2) Można wzmocnić drewno, monitorując jego wzrost ' i wpływając na nie. Na przykład. rosło wolniej w zimne dni – a więc mocniejsze słoje i bardziej zwarte drewno. Również takie rzeczy jak usuwanie gałązek i gałęzi mogą mieć na to wpływ – robiono to wcześniej na przykład na drzewach przeznaczonych do ram okiennych.
  • Jest Ipe (” Orzech brazylijski ” chociaż nie jest to prawdziwy orzech) z modułem Ruputre 177 MPa i wytrzymałością na zgniatanie 93,8 MPa.

Odpowiedź

Lignum vitae jest używane w inżynierii od wieków. Oprócz tego, że jest gęsty i wytrzymały, ma również niezwykłą właściwość samosmarowania.

Wiele turbin hydroelektrycznych jest nadal wykonane przy użyciu lignum vitae do łożysk, a wiele starszych instalacji wodnych jest nadal eksploatowanych z łożyskami lignum vitae po dziesięcioleciach.

Był również szeroko stosowany do niższych naprężeń / niższych -temperaturowe łożyska w samochodach i innych pojazdach. W szczególności końcówki drążków kierowniczych / drążków kierowniczych zawsze były wykonane z lignum vitae w samochodach przedwojennych, co w przypadku niektórych marek utrzymywało się również w latach sześćdziesiątych XX wieku.

Komentarze

  • Na marginesie: kilka dekad temu zwiedziłem zaporę Point du Bois na rzece Winnipeg. Zapora została zbudowana w 1911 roku. Turbiny miały oś poziomą z łożyskami końcowymi górnego bieguna wykonanymi z Lignum vitae i smarowane kroplówką wody. W 1983 roku nadal używali oryginalnych łożysk.
  • @SherwoodBotsford Ciekawe – dzięki!

Odpowiedź

Jeśli szukasz najtwardszego drewna, możesz spojrzeć na skamieniałe drewno .

Przypominałoby to drewno z wyglądu, ale zapewniałby kamienną solidność. Pomyśl o użyciu go do wykonania filarów w budynku, miałbyś filar, który wygląda jak drzewo, ale zachowuje się jak kamień.

Ponieważ trudno byłoby użyć go jako belki ze względu na jego słabą odporność do trakcji.

Komentarze

  • Dlaczego? Co oferuje skamieniałe drewno OP? W obecnym stanie jest to niewiele więcej niż odpowiedź zawierająca tylko link, ponieważ po prostu powtarza jedną część tytułu pytania, a następnie podaje link do artykułu w Wikipedii.
  • @MichaelKj ö rling, dziękuję za komentarz. Rozszerzyłem odpowiedź
  • Ale skamieniałe drewno nie jest już ' drewnem, to ' kamień. Zgodnie z tymi kryteriami płytki ceramiczne drewnopodobne (sprzedawane pod marką ' Strata ') byłyby jeszcze trudniejsze.
  • Skamieniałe drewno nie ' nie musi wyglądać jak drewno ani być brązowe. Mam kilka przykładów w kolorze płyt kartonowo-gipsowych.
  • Jak długo trwa skamienienie drewna? Czy mógłbyś wyrzeźbić drewnianą konstrukcję (belki, połączenia itp.), A następnie skamieniać całość, a następnie ponownie złożyć kamienne elementy? Czy dałoby to jakąś przewagę nad rzeźbieniem w kamieniu?

Odpowiedź

W materiałoznawstwie jest to obraz tej samej siły przyłożonej do różnych materiałów o tych samych wymiarach.
Pierwszą odpowiedzią na pytanie „jak sprawić, by nie pękała tak łatwo, jest„ podwojenie ilości materiału lub umieszczenie podpory w miejscu przyłożenia siły ”.

Tak więc prawdziwą odpowiedzią na twoje pytanie nie jest to, gdzie, ale dlaczego i jak. Na przykład przejście ze statków z drewna na stal było podyktowane wymiarami, jakie może mieć statek stalowy. Z drugiej strony małe statki były tańsze i lżejsze wykonane z włókna szklanego.
Podobnie jest z domami, jeśli chcesz zbudować szybki, mało wyszukany budynek, korzystasz z prefabrykatów. Ale drewno jest bardziej plastyczne i ogólnie dostępne. Więc możesz wykarczować swoją działkę i mieć materiał już na miejscu.

Komentarze

  • Napisałeś ” Ale drewno jest bardziej plastyczne „. Dokonałbym edycji, aby dodać brakujące słowo po ' więcej ', ale ' m nie jestem pewien, co zamierzasz tam powiedzieć.
  • @ Anon234_4521 on ' próbuje powiedzieć, że drewno jest bardziej plastyczne: plastik ˈplastɪk / 2. (z substancje lub materiały), które można łatwo kształtować lub formować. (opracowane z en.oxforddictionaries.com/definition/plastic

Answer

Twoje pytania są bardzo szerokie i nie mają jednoznacznej odpowiedzi. Jak wspomniano w innych odpowiedziach, „twardość” nie ma jednego znaczenia.

Artykuł Wikipedii dotyczący twardości wspomina 3 główne „rodzaje” twardości, ale nawet przy użyciu jednego typu maszyny pomiarowej można zaobserwować zupełnie inne (i sprzeczne) rankingi. Na przykład twardy materiał jest prawie bezużyteczny, jeśli mięknie podczas deszczu lub wystawienia na działanie promieni słonecznych lub gdy się starzeje. Oczywiście można chronić powierzchnię przed słońcem i deszczem (do pewnego stopnia), ale istnieje dość duża liczba właściwości, które substancja musi mieć, aby była „użyteczna”.

Poza tym, i tu wszystko ujawniam, nie jestem botanikiem i nie mam wiedzy na temat Buloke, ale Wikipedia podaje, że jest to gatunek Ironwood. Ta sama tabela, w której znajduje się liczba> 5000, wymienia Ironwood na poziomie ~ 3000. muszą być bardzo krytyczne te liczby według wartości nominalnej. Ironwoods, wiem (bardzo) trochę o tym. Jedną z ich właściwości jest wysoka zawartość oleju. Jest to dobre dla odpychania wody (i owadów), ale nie jest dobre w przypadku malowania lub kontaktu z innymi powierzchniami, jeśli są one „podatne na plamienie, ponieważ olej wycieka (nie jeśli).

Jak mówi poprzednia odpowiedź , nie myl twardości z wytrzymałością. Domyślam się, że „najtwardsze” drewno, jakie moglibyśmy wyhodować / skonstruować, byłoby tak samo twarde, jak najtwardszy znany biomateriał. Myślę (ale nie jestem pewien), że to albo kalcyt, aragonit, albo to, z czego zrobione jest szkliwo zębów, hydroksyloapatyt. Byłoby interesujące ustalenie, czy biomateriały na bazie krzemionki są trudniejsze, nie zdziwiłbym się (okrzemki i radiolaria tworzą ściany krzemionkowe). Ponieważ biomateriały są nanokompozytami i mogą być 10 razy „twardsze” niż minerały nieorganiczne, od, naprawdę nie jest możliwe (imho) określenie, jaka jest górna granica twardości. (Ziemia okrzemkowa jest używana jako materiał ścierny, więc prawdopodobnie jest dość trudna).

Aby materiał być użytecznym, nie tylko potrzebuje mnóstwa właściwości, aby dopasować się do określonej potrzeby, ale ekonomia musi być korzystna (co oznacza podaż dobra materialnego, a popyt również duży).

Test, o którym wspomniałeś, to ( prawdopodobnie) zaprojektowany (przynajmniej został wybrany ) tak, aby był użyteczny z drewnem w zastosowaniach, w których drewno jest używane. Oznacza to, że prawdopodobnie konieczne byłyby inne środki, zanim dane drewno zostanie uznane za wystarczająco twarde, aby funkcjonować w nietypowym , nietypowy sposób.

Zadajesz dwa pytania. Odpowiedź na pierwsze brzmi: A. O ile teraz wiemy n, redaktorzy Wikipedii wiedzą więcej niż ja, B. O ile to możliwe, cóż, jest to raczej otwarte. Z pewnością można sprawić, że roślina rozwinie skórkę podobną do twardych materiałów występujących w królestwach zwierząt (i mikrobioty). Znajdź najtrudniejszy biomateriał znany człowiekowi i tam możesz zacząć. Jeśli chcesz spekulować, zwiększ jego twardość o 10X.

Odpowiadając na drugie. Nie podałeś nam wszystkich jego właściwości. Jak powiedziałem, podanie nam jednej własności i pytanie, gdzie może ona być przydatna, nie przyniesie wielu wnikliwych odpowiedzi, jest po prostu zbyt szerokie i niejasne. Jak mówią, diabeł tkwi w szczegółach. Twarde materiały są zwykle używane do ochrony innych materiałów przed uszkodzeniem lub wręcz przeciwnie, są używane do niszczenia innych materiałów. Tak więc użycie jako warstwy powierzchniowej lub w materiałach ściernych byłoby moim pierwsza skłonność.

Komentarze

  • Myślę, że ta odpowiedź byłaby znacznie lepsza, gdybyś podzielił ją na akapity, użył odpowiedniego formatowania i podobnej edycji kopii . Porównaj writers.stackexchange.com/q/26899/2533 .
  • Myślę, że odstępy między akapitami są prawidłowe, ale nie krępuj się cofnąć edytuj, jeśli się nie zgadzasz.

Odpowiedz

Myślę, że „Zamierzam zmienić„ najtrudniejsze ”na„ Twardy i wszechstronny ”, ponieważ nie mamy jeszcze żadnego przypadku użycia, aby zawęzić zakres. Jednak niezwykle wytrzymałym i wszechstronnym drewnem w Ameryce Północnej jest pomarańcza Osage Maclura pomifera . Jest również znany jako drzewo żywopłotu. Jest to również plaga każdego, kto ma potrzebę wyciąć jednego na swoim własnym podwórku.

  1. Drzewo żywopłotu jest dość wytrzymałe , najtrudniejsze w Ameryce Północnej a Janka Twardość 2040 w stanie zielonym i twardnieje po wyschnięciu, podobno do 2700. To około 2 razy więcej niż najtwardszy z dębów. Widziałem, że zaleca się wykonywanie jakichkolwiek prac rzeźbienia, gdy drewno jest jeszcze zielone, ponieważ nie będzie to możliwe, gdy wyschnie.

  2. To jest trochę elastyczny . W połączeniu z twardością staje się cennym drewnem do produkcji łuków. Rdzenni Amerykanie pokonywaliby dość długą drogę, aby zebrać kończyny z pomarańczy na łuki.

  3. Jest bardzo odporny na gnicie . Jest często używany do słupków ogrodzeniowych, ponieważ wytrzyma poniżej poziomu gruntu (w ziemi) przez długi, długi czas. Nie powoduje powstawania pleśni ani wnikania pleśni w głąb drewna. Wydaje się, że robaki unikają drewna. Owoce są często używane jako naturalny środek odstraszający owady.

  4. Jest gęsty . To drewno pożre piły łańcuchowe. wiem, że trzeba ściąć jedną na moim podwórku. Miał około 12 lat, a przedostanie się do niego wymagało trzech łańcuchów. To prawda, mam tanią piłę łańcuchową, ale nadal. Nawiasem mówiąc, nadal mam dużą część bagażnika, która jest ciężki jak cholera i chcę coś z nim zrobić, ale jeszcze nie wiem co.

  5. pali się gorąco ! Kiedy jest używany jako drewno opałowe, wydobywa się około dwa razy więcej w BTU niż większość odmian dębu. Wyskakuje dużo, więc nie jest dobry w otwartym kominku, ale w zamkniętym piecu na drewno byłem w stanie utrzymać mój dom na około 80 stopni f podczas śnieżycy, gdy na zewnątrz było 12 stopni f.

  6. rośnie w różnych klimatach i na różnych glebach . Został użyty na Środkowym Zachodzie do stworzenia osłon przed wiatrem i do pomocy w erozji gleby podczas Dust Bowl.

Więc co jest prawdopodobnie najtwardsze i najbardziej wszechstronne naturalne drewno, jakie faktycznie istnieje, pomarańcza Osage Maclura pomifera jest Twoim przyjacielem. Stanowi również dobrą podstawę dla jakikolwiek rodzaj małpowania, który chcesz zrobić z jego genami.

Odpowiedź

Ponieważ „przebudowując świat, Zakłada się pewien postęp w inżynierii genetycznej i rozwój białek katalizujących gromadzenie się atomów węgla w regularnych strukturach.

W takim razie można sobie wyobrazić, że nasze zmodyfikowane drzewo mogłoby zbudować stabilną, czworościenną, krystaliczną postać węgla, przynajmniej w skali komórkowej – być może jako ściany komórkowe lub wewnętrzny kręgosłup. Ponieważ nadal jest drzewem, te małe struktury byłyby prawdopodobnie osadzone w matrycy celulozowej, która może mieć swoje własne wady.

Niemniej jednak ich ostateczną twardością byłaby ich krystaliczna forma – diament.

Odpowiedź

Żywy dąb południowy Quercus virginiana ma twardość Janka wynoszącą 2680 lbf (12920 N) patrz http://www.wood-database.com/live-oak/ Nie tak „mocny” jak niektóre inne gatunki, ale historycznie był to bardzo ważny element konstrukcji amerykańskich statków, ponieważ długie, zakrzywione kończyny drewna można było przekształcić w żebra i inne konstrukcje drewniane bez konieczności rzeźbienia. Dało to dużą siłę kadłubowi. Przykładem takiej konstrukcji była Old Ironsides. Żywy dąb był tajną bronią amerykańskich statków. Tak więc część pytania o twardość wytrzymałościową wiąże się z przewidywaną formą.

Świerk lotniczy ma jedną z największych wytrzymałości: stosunek masy dowolnego materiału naturalnego – nieco inny przykład, ale także godny uwagi.

Odpowiedź

Odpowiedź uzupełniająca. Drewno jest wykonane z włókien celulozowych. Jak silna jest celuloza?

Bardzo mocne. Jest tu wiele szczegółów: https://www.extremetech.com/extreme/134910-nanocellulose-a-cheap-conductive-stronger-than-kevlar-wonder-material-made-from-wood-pulp . Cytat: „lekki, elastyczny, mocniejszy niż stal, sztywniejszy niż Kevlar „… Jest oczywiście wytwarzany przez drzewo w strukturze wyostrzonej przez ewolucję (w dłuższej perspektywie) i środowisko (podczas życia drzewa), aby było jak najlepiej użyteczne dla drzewa. Musimy trochę popracować, aby przekształcić ją w nanocelulozę, zamiast po prostu pociąć ją na belki.

Drewno zawiera również naturalny klej zwany ligniną, który spaja ze sobą włókna celulozowe. Tak jak celuloza jest co najmniej tak wytrzymała jak nasze najlepsze tworzywa sztuczne, tak lignina jest co najmniej tak dobra, jak nasze najlepsze kleje i żywice. Do niedawna było to o rząd wielkości lepsze, ale nasi chemicy dogonili i teraz możemy przykleić drewno do drewna tak mocno, jakby drzewo wyrosło do pożądanego kształtu (*). Wejdź do Glulam. (Okropna nazwa: chyba skurcz klejonego laminatu). W każdym razie, wyszukaj w Google „glulam”, a dowiesz się, że ludzie budują teraz małe wieżowce z drewna i planują większe.W końcu jest to waga do ciężaru tak mocna jak stal (i wbrew intuicji, bardziej ognioodporna!) Glulam to nie to samo, co zwykłe piłowane drewno, więc architekci wciąż szukają swojej drogi i budowanie doświadczenia i pewności siebie najpierw przy pomocy mniejszych konstrukcji.

To jest budowanie świata, więc te odniesienia mówią ci, co jest możliwe (przy użyciu celulozy). Być może będziemy w stanie przeprogramować drzewa, aby wyhodować drewno bardziej dostosowane do naszych potrzeb, korzystając z inżynierii genetycznej. Albo na planecie o wyższej grawitacji, ewolucja mogła zrobić to samo (w przeciwnym razie na tej planecie nie ma drzew). I jest nawet możliwe, że istnieje lepszy biopolimer niż celuloza.

(*) Nawiasem mówiąc, średniowieczni budowniczowie używali kształtów, które rosło drzewo. Nie rąbali drewna na arbitralnie proste, ale słabsze belki. Budowali łukowate dachy i statki zawierające naturalnie zakrzywione drewno. Czasami nawet majstrowali przy kształcie, do którego rosło drzewo, gdy było małe i giętkie, a następnie poczekaj sto lat, aby zebrać drewno zgodnie z potrzebnymi krzywiznami. Możemy teraz (lub wkrótce) mieć biotechnologię do sterowania wzrostem drzewa za pomocą bardziej subtelnych środków niż przywiązanie drzewka do ramy. Czy jednak mamy cierpliwość?

Odpowiedź

Nie jestem więc pewien, które drewno jest najtwardsze, ale tutaj w Australii gatunek ironwood w przeszłości były używane do budowy słupów energetycznych. Ich gęstość i wytrzymałość oznacza, że są wysoce odporne na gnicie (mniejszy problem na odludziu) i atak termitów (co ważniejsze). Używanie stali nie jest dobrą opcją, ponieważ przewodzi prąd. Dziesiątki lat temu żelazne drzewa były bardziej dostępne, ponieważ można było je wycinać z otaczającego środowiska. Oczywiście zostały nadmiernie ścięte, a bycie bardzo wolno rosnącym drzewem nie jest już trwałym produktem drzewnym. Ponadto „jesteśmy lepsi w izolowaniu stalowych słupów i formowaniu ich z odlewanego betonu.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *