4345

1

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова»

ФИЗИКА ДРЕВЕСИНЫ

Методические указания для самостоятельной работы студентов по направлениям подготовки: 35.04.01 – Лесное дело, 35.04.09 – Ландшафтная архитектура

ВОРОНЕЖ 2016

2

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова»

В.В. Саушкин, Н.Ю. Евсикова, Н.С. Камалова

ФИЗИКА ДРЕВЕСИНЫ

Методические указания для самостоятельной работы студентов по направлениям подготовки: 35.04.01 – Лесное дело, 35.04.09 – Ландшафтная архитектура

ВОРОНЕЖ 2016

3

УДК 630.812

Ф50

Физика древесины [Электронный ресурс] : Методические указания для самостоятельной работы студентов по направлениям подготовки: 35.04.01 – Лесное дело, 35.04.09 – Ландшафтная архитектура / В.В. Саушкин, Н.Ю. Евсикова, Н.С. Камалова ; М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». – Воронеж, 2016. – 17 с. – ЭБС ВГЛТУ.

В методических указаниях приводятся содержание разделов изучаемой дисциплины, учебно-методические рекомендации по организации самостоятельной работы студентов по всем видам работ, предусмотренных учебными планами направлений, образец оформления отчета по лабораторной работе.

Методические указания предназначены для студентов по направлениям подготовки: 35.04.01 – Лесное дело, 35.04.09 – Ландшафтная архитектура Они могут быть использованы при самоподготовке студентами всех направлений подготовки и форм обучения, а также при дистанционном обучении.

Табл. 15. Ил. 1. Библиогр.: 7 наим.

Печатается по решению учебно-методического совета ФГБОУ ВО «ВГЛТУ».

Рецензент: заведующий кафедрой цифровых технологий факультета компьютерных наук ВГУ, доктор физико-математических наук, профессор Кургалин С.Д.

Ответственный редактор Саушкин В.В.

Коллектив авторов, 2016

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова», 2016

4

ОГЛАВЛЕНИЕ

5

ВВЕДЕНИЕ

«Физика древесины» изучает физические закономерности, лежащие в основе современных технологий и формирующие принципы работы всех технических устройств, которые широко используются в различных отраслях деревообрабатывающей и лесозаготовительной техники, в природопользовании и во многих других. Освоение этой дисциплины необходимо широкому кругу профессионалов «лесного» профиля.

Древесина является сложным капиллярно-пористым материалом, неоднородным по строению и составу, обладающим существенной анизотропией физических свойств. Для описания поведения древесины в различных условиях используются определенные физические модели, в которых древесина моделируется с помощью совокупности соответствующим образом соединенных между собой идеальных элементов, символизирующих конкретные свойства древесины в чистом виде.

Поскольку лекции по данной дисциплине аудиторно читаются не в полном объеме, то ряд тем выносится на самостоятельное изучение студентами. Кроме того, магистранты самостоятельно подготавливают рефераты на заданные темы и самостоятельно готовятся к лабораторному практикуму, сдаче зачета. Поэтому самостоятельная работа над учебным материалом является одной из форм обучения студента.

Основная цель данных методических указаний – помочь студентам организовать и проконтролировать самостоятельное изучение этой дисциплины для формирования профессиональных навыков самостоятельной деятельности по разработке, внедрению, контролю, оценке и корректировке применения новейших современных, в том числе и инновационных, технологий.

Методические указания предназначены для студентов по направлениям подготовки: 35.04.01 – Лесное дело, 35.04.09 – Ландшафтная архитектура Они могут быть использованы при самоподготовке студентами всех направлений подготовки и форм обучения, а также при дистанционном обучении.

6

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ

Целью изучения дисциплины «Физика древесины» является получение магистрантами фундаментальных знаний физических свойств древесины и физических явлений, лежащих в основе технологий лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств, а также формирование компетенций для инженерной и исследовательской деятельности в области разработки и использования данных технологий.

Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:

–овладеть фундаментальными понятиями, законами и теориями физики применительно к исследованию физических свойств древесины;

–изучить физические явления, лежащие в основе процессов механической, тепловой обработки, пропитки, сушки древесины, взаимодействия древесины с электромагнитным полем, распространения упругих и электромагнитных волн в древесине;

–ознакомиться с основными методами физического исследования

микро- и макроструктуры древесинного вещества, принципами работы измерительной аппаратуры для определения физических параметров древесины;

–сформировать современные представления о строении древесины;

–овладеть навыками расчетов и моделирования физических процессов в деревообработке;

–овладеть умениями выделять конкретное физическое содержание в прикладных задачах будущей профессиональной деятельности.

ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Магистрант в результате освоения дисциплины «Физика древесины» должен:

знать:

–фундаментальные понятия, законы и теории физики применительно к исследованию физических свойств древесины;

–особенности протекания физических процессов в древесине;

–методы экспериментального определения физических характеристик древесины и основы моделирования физических процессов в древесине;

уметь:

–пользоваться методами расчетов и моделирования физических процессов в деревообработке;

–определять основные физические характеристики древесины;

–выполнять анализ физических явлений в действующих и разрабатываемых новых технологиях деревообработки;

–выполнять анализ физических явлений в древесине;

7

–выделять конкретное физическое содержание в прикладных задачах будущей профессиональной деятельности;

–применять информационные технологии для исследования физических процессов в деревообработке;

владеть следующими навыками:

–использования основных общефизических законов и принципов в важнейших практических приложениях будущей профессиональной деятельности;

–применения основных методов физико-математического анализа для решения исследовательских задач;

–обработки и интерпретирования результатов эксперимента.

Содержание разделов дисциплины

Раздел 1. Введение

Предмет физики древесины. Методы физических исследований в деревообработке. Физические основы технологий деревообработки. Свойства полимерных компонентов древесины. Межмолекулярные взаимодействия и надмолекулярная структура полимерных компонентов древесины.

Раздел 2. Физические основы механических свойств древесины

Механические свойства древесины. Анизотропия механических свойств древесины. Основные расчетные схемы анизотропии древесины. Упругие свойства древесины. Тензоры деформаций и механических напряжений. Закон Гука для анизотропных тел. Реологические свойства древесины. Физические состояния полимеров. Реологические модели и уравнения. Зависимость реологических параметров древесины от температуры и влажности. Закономерности деформирования древесины во времени. Упругие волны в древесине. Волновое уравнение. Особенности распространения упругих волн в анизотропных средах. Акустический резонанс.

Раздел 3. Тепловые явления в древесине

Теплоемкость древесины. Физико-математические модели теплопроводности в древесине. Теплопроводность в анизотропных телах. Уравнение теплопроводности. Теплообмен между поверхностью древесины и внешней газообразной или жидкой средой. Граничные условия для уравнения теплопроводности при различных режимах теплообработки древесины. Диффузия в древесине. Законы Фика для диффузии. Уравнение диффузии в анизотропных средах. Эффективный коэффициент массопереноса в древесине и методы его экспериментального определения. Моделирование процессов пропитки древесины защитными веществами.

Раздел 4. Взаимодействие древесинного вещества с водой

Поверхностные явления на границе раздела фаз. Сорбционная способность древесинного вещества. Капиллярные явления в древесине. Моделирование процессов влагопереноса при сушке древесины.

8

Раздел 5. Взаимодействие электромагнитного поля с древесиной

Электропроводность древесины. Закон Ома для анизотропных сред. Поляризация древесины. Диэлектрические параметры древесины. Диэлектрическая проницаемость. Тангенс угла диэлектрических потерь. Анизотропия диэлектрических свойств древесины. Влияние плотности, температуры, влажности древесины на диэлектрические параметры древесины. Диэлектрические потери в древесине. Электромагнитные волны древесине. Особенности распространения электромагнитных волн в древесине как поглощающей и анизотропной среде. Взаимодействие с древесиной электромагнитного излучения оптического диапазона. Пьезоэлектрический эффект в древесине.

Раздел 6. Физические методы исследования микроструктуры древесины

Инфракрасная спектроскопия. Ядерный магнитный резонанс. Рентгеноструктурный анализ.

Темы рефератов по физике древесины

1.Вода в древесине.

2.Физические основы сушки древесины.

3.Диэлектрические параметры целлюлозы, гемицеллюлоз и лигнина.

4.Методы измерения диэлектрических параметров древесины.

5.Пьезоэлектрический эффект в древесине.

6.Поляризация полимеров.

7.Физические состояния полимеров.

8.Статистическое моделирование полимеров.

9.Физические закономерности движения воды в древесине.

10.Взаимодействие инфракрасного излучения с древесиной.

11.Физические процессы при вакуумной сушке древесины.

12.Механические методы удаления влаги из древесины.

13.Физические методы определения влажности древесины.

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО ОРГАНИЗАЦИИ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ

Методические указания студентам по организации самостоятельной работы в соответствии с рабочей программой дисциплины включают в себя:

методические рекомендации по работе над конспектом лекций;

методические рекомендации по подготовке к лабораторным занятиям;

методические рекомендации по изучению рекомендованной литературы;

методические рекомендации по подготовке рефератов;

методические рекомендации по подготовке к зачету.

Самостоятельная работа студентов Целью самостоятельной работы студентов является закрепление полу-

ченных на лекционных и лабораторных занятиях знаний и развитие требуемых ФГОС компетенций на основе работы с рекомендуемыми литературными источниками и методическими материалами.

9

Так как лекции читаются не в полном объеме дисциплины, то ряд тем выносится на самостоятельное изучение студентами. Преподаватель сообщает студентам содержание данных тем и организует контроль знаний по заданным темам.

Студенты самостоятельно выполняют лабораторные работы и готовят отчеты по каждой из них. В компьютерном классе кафедры, используя имеющееся программное обеспечение, студенты самостоятельно работают на компьютерах, выполняя вычислительные эксперименты и расчеты.

Темы, самостоятельно прорабатываемые студентами

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАБОТЕ НАД КОНСПЕКТОМ ЛЕКЦИЙ

В ходе лекционных занятий необходимо вести конспектирование учебного материала. При этом надо обращать внимание на категории, формулировки, раскрывающие содержание тех или иных явлений и процессов, научные выводы и практические рекомендации, выделять важные моменты, усваивать положительный опыт в ораторском искусстве.

10

Желательно оставить в рабочих конспектах поля, на которых следует делать пометки из рекомендованной литературы, дополняющие материал прослушанной лекции, подчеркивающие особую важность тех или иных теоретических положений, а также отмечать вопросы, вызвавшие затруднение, с целью дальнейшего их разрешения на консультациях. В ходе лекции рекомендуется задавать преподавателю уточняющие вопросы с целью уяснения теоретических положений, разрешения спорных ситуаций.

Необходимо систематически прорабатывать лекционный материал в течение семестра, для этого надо изучать основную литературу, знакомиться с дополнительной литературой, при этом учитывать рекомендации преподавателя и требования учебной программы. Следует дорабатывать свой конспект лекций, делая в нем соответствующие записи из литературы, рекомендованной преподавателем и предусмотренной учебной программой.

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОРГАНИЗАЦИИ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ ПРИ ПОДГОТОВКЕ

К ЛАБОРАТОРНОМУ ПРАКТИКУМУ

Выполнение лабораторных работ по «Физике древесины» формирует у студентов важные компетенции по навыкам проведения стандартных испытаний согласно инструкциям, оформления отчета, анализа полученных результатов и формулировке вывода по проделанной работе, что является фундаментом для научно-исследовательской деятельности.

В процессе подготовки к выполнению лабораторной работы студент, прежде всего, овладевает способами постановки цели и выбора путей ее достижения. Для этого надо переписать из методического пособия по лабораторному практикуму в отчет название лабораторной работы и цель работы и

проанализировать цель работы по плану:

1)понять, какое физическое явление лежит в основе экспериментальных и теоретических методов предстоящего исследования;

2)определить, какие физические величины характеризуют рассматриваемое физическое явление;

3)выделить основные физические закономерности, которые связывают физические величины, характеризующие физические явление;

4)понять, какую физическую величину предстоит измерить в работе или какую закономерность необходимо доказать.

Правила оформления отчета по лабораторной работе

Вотчет по работе следует занести:

название и цель работы;

описание физической модели изучаемого явления;

название моделирующей программы с наиболее характерными условиями вычислительного эксперимента;