Kor_str_ins_muz_311[01].Z1.01

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

MINISTERSTWO EDUKACJI

NARODOWEJ

Piotr Sieczka

Dobieranie materiałów konstrukcyjnych
311[01].Z1.01

Poradnik dla ucznia

Wydawca

Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy
Radom 2007

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

SPIS TREŚCI

1. Wprowadzenie

2. Wymagania wstępne

3. Cele kształcenia

4. Materiał nauczania

4.1. Właściwości fizyczne materiałów konstrukcyjnych

4.1.1. Materiał nauczania

4.1.2. Pytania sprawdzające

4.1.3. Ćwiczenia

4.1.4. Sprawdzian postępów

4.2. Drewno i tworzywa drzewne do wytwarzania instrumentów muzycznych

4.2.1. Materiał nauczania

4.2.2. Pytania sprawdzające

4.2.3. Ćwiczenia

4.2.4. Sprawdzian postępów

4.3. Metale stosowane do wytwarzania instrumentów muzycznych

4.3.1. Materiał nauczania

4.3.2. Pytania sprawdzające

4.3.3. Ćwiczenia

4.3.4. Sprawdzian postępów

4.4. Tworzywa sztuczne i inne materiały do wytwarzania instrumentów

muzycznych

4.4.1. Materiał nauczania

4.4.2. Pytania sprawdzające

4.4.3. Ćwiczenia

4.4.4. Sprawdzian postępów

5. Sprawdzian osiągnięć

6. Literatura

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

1. WPROWADZENIE

Poradnik będzie Ci pomocny w przyswajaniu wiedzy o podstawowych materiałach

konstrukcyjnych,  ich  właściwościach  fizycznych  oraz  metodach  trafnego  dobierania materiału
konstrukcyjnego do wykonywania instrumentów muzycznych. Właściwy dobór materiałów do
budowy  instrumentów  muzycznych  jest  czynnikiem  decydującym  o  walorach  brzmieniowych
i estetycznych  gotowego  wyrobu.  Z powodu  wielkiej  różnorodności  instrumentów
muzycznych, w ich konstrukcji stosowane są bardzo różne materiały.
Materiały konstrukcyjne do wytwarzania instrumentów dzielimy na następujące grupy:
–

materiały drzewne

–

materiały metalowe,

–

materiały z tworzyw sztucznych,

–

materiały z tworzyw naturalnych na przykład – skóry, filce.
Duży udział wśród materiałów konstrukcyjnych ma drewno i tworzywa drzewne, które

wykorzystywane są do budowy instrumentów smyczkowych, instrumentów strunowo –
klawiszowych oraz instrumentów dętych drewnianych (za wyjątkiem saksofonów).

Materiały metalowe stosowane są przede wszystkim do budowy instrumentów dętych

blaszanych i drewnianych oraz do produkcji strun metalowych. Elementy wykonane z metalu
spotykamy jednak prawie w każdym instrumencie muzycznym.

Często spotykamy również materiały wykonane z tworzyw naturalnych takich jak skóry,

filce, korek. Materiały te znajdują szerokie zastosowanie w budowie takich instrumentów jak
fortepiany i pianina.

Tworzywa sztuczne wykorzystywane są w coraz większym zakresie nie tylko do

wykonywania detali mechanizmów instrumentów muzycznych, ale również jako materiał do
wykonywania korpusów w instrumentach dętych drewnianych w modelach szkolnych,
przeznaczonych do nauki gry w początkowym okresie nauczania.

W poradniku znajdziesz:

–

wymagania wstępne – wykaz umiejętności, jakie powinieneś mieć już ukształtowane, abyś
bez problemów mógł korzystać z poradnika,

–

cele kształcenia – wykaz umiejętności, jakie ukształtujesz podczas pracy z poradnikiem,

–

materiał nauczania – wiadomości teoretyczne niezbędne do opanowania treści jednostki
modułowej,

–

zestaw pytań, abyś mógł sprawdzić, czy już opanowałeś określone treści,

–

ćwiczenia, które pomogą Ci zweryfikować wiadomości teoretyczne oraz ukształtować
umiejętności praktyczne,

–

sprawdzian postępów,

–

sprawdzian osiągnięć, przykładowy zestaw zadań. Zaliczenie testu potwierdzi opanowanie
materiału całej jednostki modułowej,

–

literaturę uzupełniającą.

Bezpieczeństwo i higiena pracy

W czasie pobytu w pracowni musisz przestrzegać regulaminów, przepisów bhp i instrukcji

przeciwpożarowych,  wynikających  z  rodzaju  wykonywanych  prac.  Wiadomości  dotyczące
przepisów  bezpieczeństwa  i  higieny  pracy,  ochrony  przeciwpożarowej  oraz  ochrony
środowiska  znajdziesz  w  jednostce  modułowej  311[01].O1.01  „Przestrzeganie  przepisów
bezpieczeństwa  i  higieny  pracy,  ochrony  przeciwpożarowej,  ochrony  środowiska  oraz
wymagań ergonomii”.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Schemat układu jednostek modułowych

311[01].Z1

Techniki wytwarzania

instrumentów muzycznych

311[01].Z1.02

Wykonywanie obróbki

mechanicznej elementów

instrumentów muzycznych

311[01].Z1.01

Dobieranie materiałów

konstrukcyjnych

311[01].Z1.03

Łączenie elementów

instrumentów muzycznych

311[01].Z1.04

Wykończanie powierzchni

instrumentów muzycznych

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

3. CELE KSZTAŁCENIA

W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

−

określić zastosowanie materiałów konstrukcyjnych do wytwarzania instrumentów
muzycznych,

−

sklasyfikować materiały konstrukcyjne stosowane do wytwarzania instrumentów
muzycznych,

−

rozróżnić materiały drzewne oraz metale, tworzywa sztuczne i inne materiały stosowane
do wytwarzania instrumentów muzycznych,

−

określić właściwości fizyczne materiałów stosowanych do wytwarzania instrumentów
muzycznych,

−

scharakteryzować właściwości higroskopijne drewna,

−

określić wilgotność drewna i materiałów drzewnych,

−

scharakteryzować właściwości akustyczne drewna,

−

zidentyfikować wybrane gatunki drewna drzew iglastych i liściastych,

−

zidentyfikować elementy budowy mikroskopowej i makroskopowej drewna,

−

rozpoznać wady drewna i innych materiałów konstrukcyjnych do wytwarzania
instrumentów muzycznych,

−

ocenić jakość materiałów do produkcji instrumentów,

−

dobrać materiały o określonych parametrach technicznych do produkcji instrumentów
muzycznych,

−

zastosować przepisy bezpieczeństwa i higieny pracy, ochrony przeciwpożarowej oraz
ochrony środowiska.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4. MATERIAŁ NAUCZANIA

4.1. Właściwości fizyczne materiałów konstrukcyjnych

4.1.1. Materiał nauczania

Właściwości mechaniczne materiałów konstrukcyjnych

Właściwości mechaniczne określają zdolność materiału do przeciwstawiania się działaniu

sił zewnętrznych, które mogą spowodować jego przejściowe lub trwałe odkształcenie albo
zniszczenie.

Do właściwości mechanicznych zalicza się:

–

izotropowość i anizotropowość,

–

sprężystość i plastyczność,

–

wytrzymałość statyczną, zmęczeniową i udarową,

–

twardość.
Materiał izotropowy posiada jednakowe właściwości mechaniczne we wszystkich

kierunkach. W materiałach anizotropowych własności mechaniczne zależą od kierunku
działania obciążeń.

Odkształceniem nazywamy zmianę wymiarów lub kształtu wywołane działaniem na

materiał obciążeń zewnętrznych. Obciążeniem zewnętrznym nazywamy siły lub momenty sił
działające na materiał.

Sprężystość to zdolność do odkształceń sprężystych, czyli takich, które ustępują po

zaprzestaniu działania obciążenia. Plastyczność to zdolność do odkształceń trwałych, czyli
takich, które nie zanikają po zaprzestaniu działania obciążenia.

Wytrzymałość – definiujemy jako maksymalną wartość obciążenia, której przekroczenie

powoduje zniszczenie obciążonego ciała poprzez utratę spójności materiału (na przykład
rozerwanie, złamanie).

Drewno ma budowę włóknistą, co powoduje, że jest materiałem anizotropowym. Jego

własności  mechaniczne  warunkowane  są  wieloma  czynnikami,  do  których  należą  przede
wszystkim:  wilgotność,  gęstość,  udział  drewna  wczesnego  i  późnego  oraz  wady  jego  wady
(miejsce ich występowania i rozmiar). W normalnych warunkach drewno jest materiałem dość
kruchym  i  mało  plastycznym.  W  celu  zwiększenia  plastyczności  stosuje  się  obróbkę
hydrotermiczną,  która  polega  na  poddaniu  drewna  parowaniu  lub  warzeniu,  co  ułatwia  jego
gięcie, trwałe kształtowanie oraz skrawanie drewna.

Drewno wykazuje największą wytrzymałość wzdłuż włókien, w kierunku stycznym

i promieniowym wytrzymałość jest wielokrotnie niższa.

Wzrost wilgotności od 0% do punktu nasycenia włókien powoduje spadek wytrzymałości

drewna,  natomiast  zmiany  wilgotności  powyżej  punktu  nasycenia  nie  mają  już  znaczenia.
Odchylenia  przebiegu  włókien  od  kierunku  równoległego  do  osi  drewna  (skręt  włókien)
zmniejszają  wytrzymałość  drewna.  Wytrzymałość  drewna  wzrasta  w  miarę  wzrostu  gęstości
oraz  wzrostu  udziału  drewna  późnego.  Obecność  wad  w  drewnie  szczególnie  sęków
(ich rodzaj  i  rozmieszczenie)  oraz  niewielki  nawet  udział  zgnilizny  powoduje  obniżenie
wytrzymałości drewna.

Własności mechaniczne drewna są istotne w elementach instrumentów muzycznych, które

są obciążone mechanicznie. Przykładem elementów obciążonych w sposób mechaniczny są
gryfy i korpusy instrumentów strunowych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Metale do zastosowań technicznych wykazują właściwości izotropowe, co znaczy, że ich

wytrzymałość mechaniczna nie zależy od kierunku przyłożenia obciążenia. Wytrzymałość
metali zależy od ich składu chemicznego i zastosowanej obróbki cieplnej.

Budowa i właściwości drewna i tworzyw drzewnych

Elementy budowy mikroskopowej drewna

Drewno jest materiałem pochodzenia naturalnego, zbudowane jest z elementów, które

w żywym drzewie spełniały określone funkcje fizjologiczne i mechaniczne. W celu rozróżnienia
i klasyfikacji tych elementów określa się podstawowe przekroje drewna:

−

poprzeczny, utworzony przez przecięcie pnia prostopadle do jego osi podłużnej;

−

podłużny promieniowy, utworzony przez przecięcie pnia wzdłuż jego osi podłużnej, przez
rdzeń;

−

podłużny styczny, utworzony przez przecięcie pnia wzdłuż jego osi podłużnej
i przechodzący poza rdzeniem, czyli po stycznej do któregokolwiek pierścienia przyrostu
rocznego.

Rys. 1. Podstawowe przekroje w drewnie pnia:

I – poprzeczny, II – podłużny promieniowy, III – podłużny styczny [2, s.17]

Przez szkło powiększające można obejrzeć makrostrukturę drewna, przez mikroskop

natomiast mikrostrukturę – bardziej szczegółową jego budowę. Struktura drewna inaczej
wygląda w poprzecznym, stycznym i promieniowym przekroju próbki.

Pod względem chemicznym drewno składa się z celulozy (45–55% masy), ligniny (20–

30%),  chemicelulozy  (12–20%)  oraz  niewielkich  ilości  żywic,  garbników,  tłuszczów,  białek
i substancji mineralnych. Celuloza i lignina tworzą ścianki komórek drewna, pełniąc w nich rolę
materiału  konstrukcyjnego,  decydują  o  wytrzymałości  drewna.  Gdy  w  procesie  korozji
biologicznej  ścianki  komórek  zostaną  zniszczone,  oprócz  zmniejszenia  swojej  masy  drewno
traci również wytrzymałość.

Na budowę mikroskopową drewna składa się zespół cech i elementów anatomicznych

rozróżnianych  i  dających  się  badać  za  pomocą  mikroskopu.  W  budowie  mikroskopowej
drewna  rozróżniamy  komórki,  ich  elementy  składowe  oraz  zespoły  komórek  tworzące
poszczególne tkanki drewna. Podstawowymi  elementami mikroskopowej budowy drewna są:
komórki  miękiszowe,  włókna  drzewne, naczynia, cewki, promienie rdzeniowe oraz przewody
żywiczne.
1.  Komórka  –  jednostką  anatomiczną  i  fizjologiczną  drewna  jest  komórka  Komórki  tkanki

drzewnej powstają w wyniku podziału komórek tkanki twórczej znajdującej się w miazdze
i w stożkach wzrostu drzewa. W tkance drzewnej występują komórki żywe i komórki
martwe. Elementami składowymi komórki żywej są: błona komórkowa, plazma, jądro, sok
komórkowy i substancje wytworzone przez żywe składniki komórki, np. skrobia, żywica
oraz garbniki.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 2. Schemat komórki roślinnej: 1 – wodniczka, 2 – jądro, 3 – błona komórkowa,

4 – ściana komórkowa, 5 – rybosomy, 6 – mitochondria, 7 – cytoplazma, 8 – chloroplasty

2. Miękisz jest tkanką złożoną z żywych komórek cienkościennych współdziałających

z martwymi komórkami tkanek przewodzących. W okresie wegetacyjnym komórki
miękiszowe przewodzą substancje pokarmowe, natomiast w okresie spoczynkowym
przechowują substancje zapasowe, takie jak cukry, skrobię, tłuszcze itp. W zależności od
usytuowania i sprawowanej funkcji rozróżnia się kilka rodzajów komórek miękiszowych.

3. Włókna drzewne są to martwe komórki grubościenne o wydłużonych, ostro zakończonych

kształtach.  Przekrój  poprzeczny  włókien  ma  kształt  okrągły  lub  wieloboczny,  ściany
komórkowe są silnie pogrubione, a światło komórek jest małe. Włókna drzewne stanowią
w  drewnie  gatunków  liściastych  35-65%  jego  masy, mają  długość  0,7-1,8 mm  i  średnicę
0,02-0,05  mm.  Włókna  drzewne  stanowią  element  mechaniczny  decydujący
o wytrzymałości  drewna  i  łatwości  obróbki  mechanicznej,  rozmieszczone  są  pojedynczo
lub grupami pomiędzy innymi komórkami tej tkanki. Zbudowane są z martwych komórek
o zdrewniałych ścianach wtórnych opatrzonych jamkami.

4. Naczynia są podstawowymi elementami przewodzącymi wodę w drzewach liściastych. Są

zbudowane z martwych cylindrycznych komórek długości 0,2–1,3 mm i średnicy 0,03–0,5
mm, połączonych w szereg tworzący rurkę. W ścianach poprzecznych między komórkami
występują  perforacje,  dzięki  którym  naczynia  są  drożne.  Przenikanie  wody  z naczyń  do
sąsiednich  tkanek  następuje  przez  jamki  proste  lub  lejkowate.  Długość  naczyń  wynosi
średnio  10  cm,  jednak  u  dębu  może  dochodzić  do  2  m.  Naczynia  mają  cienkie  ścianki
komórkowe i są elementami mechanicznie słabymi. Udział w pniu wynosi ok. 15%.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 3. Schemat budowy mikroskopowej drewna w przekroju podłużnym:

1 – włókna drzewne, 2 – naczynia, 3 – miękisz drzewny

5. Cewki są to długie, wrzecionowate, wewnątrz puste komórki. Występują głównie

w drewnie drzew iglastych, stanowiąc ok. 90% jego masy. Cewki podłużne mają przekrój
poprzeczny  czworoboczny  o  ściankach  zorientowanych  promieniowo  i  stycznie
o wymiarach  0,02–0,07  mm  i  tworzą  szeregi  przebiegające  wzdłuż  osi  pnia.  Długość
cewek  podłużnych  może  wynosić  2–10  mm.  Wymiana  płynów  między  cewkami  odbywa
się  przez  jamki  lejkowate  występujące  w  ściankach  promieniowych.  Dojrzałe  cewki  są
komórkami  martwymi,  pozbawionymi  protoplastów,  przystosowanymi  do  przewodzenia
wody i nadawania roślinom sztywności i mechanicznej wytrzymałości.

Rys. 4. Schemat budowy cewek

6. Promienie rdzeniowe lub promienie drzewne są to wstęgi komórek miękiszowych

przebiegające  promieniście  od  łyka  ku  rdzeniowi.  Rozróżnia  się  promienie  rdzeniowe
pierwotne,  biegnące  od  łyka  do  rdzenia  oraz  promienie  rdzeniowe  wtórne,  które  łączą
łyko z punktami wewnętrznymi pnia w różnej odległości od rdzenia. Promienie rdzeniowe
pełnią  funkcje  fizjologiczne  polegające  na  przewodzeniu  asymilatów  i  wody  z łyka
w kierunku  promieniowym  do  wewnętrznych  obszarów  pnia  oraz  magazynują  substancje
odżywcze.  Wymiana  substancji  między  promieniami  rdzeniowymi  a  drewnem  następuje
przez  jamki.  Promienie  rdzeniowe  występują  u wszystkich  gatunków  drzew,  mają
natomiast  różną  wielkość  i  budowę.  Mogą  być  jednoszeregowe,  jeśli  na  ich
szerokość  składa  się  jedna  warstwa  komórek,  lub  wieloszeregowe,  jeśli  składają
się  z większej  liczby  warstw  komórek.  Szerokość  promieni  rdzeniowych  wynosi
0,005–1,0 mm, a wysokość 0,5–160 mm. Wszystkie gatunki drzew iglastych oraz niektóre
gatunki drzew liściastych, takich jak np. brzoza, lipa, osika, wierzba, topola, maja wąskie
promienie  rdzeniowe,  o szerokości  złożonej  z  jednej  lub  dwóch  warstw  komórek.
Wysokość  promieni  rdzeniowych  u  drzew  iglastych  jest  mniejsza  niż  1  mm  i  obejmuje
zwykle 1–15 warstw komórek.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

7. Przewody żywiczne stanowią system połączonych między sobą kanałów pionowych

i poziomych  wewnątrz  drzewa.  Występują  one  w  drewnie  większości  gatunków  drzew
iglastych.  Przewody  żywiczne  pionowe  przebiegają  wzdłuż  pnia,  a  poziome  są
usytuowane  w  wieloszeregowych  promieniach  rdzeniowych i dochodzą do łyka. Wnętrze
przewodów  żywicznych  tworzą  komórki  żywicorodne,  które  wydzielają  żywicę  do
kanałów  żywicznych.  Żywica  w  aktywnych  przewodach żywicznych występuje w postaci
balsamicznej  i  stanowi  roztwór  stałych  kwasów  żywicznych  w  olejkach  terpenowych.
Średni skład żywicy w wyniku żywicowania sosny jest następujący: kalafonia (stałe kwasy
żywiczne)  70%,  terpentyna  24%,  woda  5,5%  oraz  zanieczyszczenia  0,5%.  Aktywne
przewody  żywiczne  występują  w  bielu.  W  niektórych  gatunkach  drzew  liściastych
występują  przewody  podobne  do  przewodów  żywicznych  w  drewnie  iglastym.
W przewodach tych drzew liściastych są wytwarzane substancje gumowo - żywiczne, np.
kauczuk  naturalny.  Przebieg  przewodów  w  drzewach  liściastych  może  być  wzdłużny  lub
promieniowy, rzadko przebiega w obu kierunkach jednocześnie.

Elementy budowy makroskopowej drewna

Na makrostrukturę drewna składa się rdzeń, twardziel, biel i kora. Elementy te są

wyraźnie  widoczne  gołym  okiem,  w  poprzecznym  przekroju  drewna.  Rdzeń  rzadko  znajduje
się  w  środku  przekroju  poprzecznego;  najczęściej  jest  umieszczony  nieco  mimośrodowo,
a więc  jest  przesunięty  w  kierunku  obwodu  pnia,  co  wynika  z  nierównomiernego  układu
słojów  i  nierównomiernej  struktury  drewna.  Średnica  rdzenia  zawiera  się  w  granicach
2 – 5 cm. Rdzeń wraz z niewielką warstwą drewna, uformowaną w pierwszych latach wzrostu
drzewka  nosi  nazwę  rury  rdzeniowej.  Jej  drewno  jest  pulchne,  o  słabych  tkankach  i  mało
zrośnięte z innymi warstwami.

Kształt rdzenia (w przekroju poprzecznym) bywa różnorodny i stanowić może cechę

taksonomiczną dla rozróżniania poszczególnych rodzajów, a nawet gatunków drzew. Niektóre
gatunki  drzew  posiadają  rdzeń  o  zarysie  okrągłym  lub  owalnym.  Inne  kształty  rdzenia
występują w takich gatunkach drzewa jak na przykład: olsza – rdzeń trójkątny, jesion rdzeń –
czworokątny,  topola  –  rdzeń  pięciokątny,  dąb  –  rdzeń  gwiaździsty.  Na  przekroju  podłużnym
rdzeń  występuje  w  formie  wąskiego,  ciemniej  zabarwionego  paska,  którego  przebieg
w drzewach iglastych jest prosty, a w przypadku drzew liściastych bardziej falisty.

Na zewnątrz od rdzenia koncentrycznie ułożone są słoje roczne, od zewnątrz otoczone

korą, złożoną z miazgi twórczej, łyka i korowiny. Niekiedy na przekroju widać promienie
rdzeniowe, łączące korę z rdzeniem.

W zależności od intensywności przyrostów rocznych rozróżnia się drewno wąskosłoiste,

gdzie  szerokość  słoju  jest  mniejsza  niż  3  mm  i  szerokosłoiste  w  przypadku,  gdy  szerokość
słojów  przekracza  3  milimetry.  Drewno  wąskosłoiste  jest  bardziej  jednorodne  i  łatwiejsze
w obróbce  mechanicznej.  Słoje  składają  się  z  dwóch  warstw  –  drewna  wczesnego
stanowiącego  szersze  pasmo  położone bliżej  rdzenia  i  drewna późnego, otaczającego drewno
wczesne.  Drewno  wczesne  jest  jasne  i  szorstkie,  mniej  zwarte,  zawiera  znaczną  ilość
kanalików,  ma  mniejszą  wytrzymałość  od  drewna  późnego,  które  jest  ciemniejsze,  gładkie
i zwarte.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 5. Elementy budowy makroskopowej pnia drzewa: 1 – rdzeń, 2 – twardziel, 3 – biel. 4 – słoje przyrostów

rocznych, 5 – łyko, 6 – kora, 7 – promienie rdzeniowe

Ciemniej zabarwiona środkowa część pnia to twardziel. Pod względem biologicznym jest

to martwe drewno pełniące funkcję mechaniczną. Twardziel otoczona jest żywym drewnem
bielastym (biel). W drzewie żywym twardziel jest mniej odporna na szkodniki (grzyby) niż biel,
natomiast po ścięciu stanowi materiał jakościowo lepszy od drewna bielastego. Wszystkie
gatunki iglaste spotykane w Polsce wytwarzają twardziel.

Wśród drzew liściastych wyróżniamy ich dwa rodzaje:

−

pierścienionaczyniowe, z wyraźnym podziałem słojów na drewno wczesne zawierające
naczynia, i zwarte drewno późne (dąb, wiąz, jesion, lipa, orzech),

−

rozpierzchłonaczyniowe,  w  których  naczynia  rozrzucone  są  równomiernie  na  całej
grubości  słoja  (buk,  brzoza,  klon,  jawor,  grab).  Gatunki  rozpierzchłonaczyniowe  nie
wytwarzają twardzieli – otrzymuje się z nich tylko drewno bielaste.
Dodatkowe  informacje  na  temat  budowy  drewna  w  języku  angielskim  (w tym  ciekawe

animacje) znajdziesz na stronie internetowej pod adresem:

http://www.doitpoms.ac.uk/tlplib/wood/structure_wood_pt2.php

Właściwości fizyczne drewna
–

Barwa – drewno z drzew krajowych ma barwę od jasnożółtej do brązowej, o odcieniu
mniej intensywnym niż w niektórych gatunkach egzotycznych (mahoń, palisander).

–

Połysk związany jest z twardością drewna i gładkością powierzchni. Połysk najbardziej
jest widoczny w przekroju promieniowym.

–

Rysunek drewna różni się w zależności od przekroju, barwy drewna, wielkości
przyrostów, sęków itp.

–

Zapach – każdy gatunek drewna ma swój specyficzny zapach. Pochodzi on od
znajdujących się w drewnie żywic, olejków eterycznych, garbników itp. Z biegiem lat
drewno traci zapach.

–

Wilgotność – zawartość wody w drewnie.

–

Skurcz i pęcznienie – drewno podczas suszenia zawsze kurczy się, podczas nasiąkania
wodą pęcznieje. Podczas skurczu drewno pęka i paczy się. Dlatego konstrukcje drewniane

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

powinny być przygotowane z drewna już wysuszanego do takiej wilgotności, w jakiej
będzie ono użytkowane.

–

Gęstość drewna zależy od jego wilgotności i gatunku drzewa, z którego jest otrzymane.

–

Przewodność cieplna – drewno źle przewodzi ciepło, zatem jest dobrym izolatorem
termicznym. Współczynniki przewodności zależą od rodzaju drewna i stopnia wilgotności
drewna.

–

Anizotropowość – wytrzymałość i twardość drewna na ściskanie, rozciąganie, zginanie,
ścinanie zależy do kąta działania siły w stosunku do włókien, twardość drewna największa
jest w jego przekroju poprzecznym.

–

Łupliwość – zdolność drewna do rozczepiania się równolegle do włókien. W drewnie
miękkim ze wzrostem wilgotności łupliwość maleje, w drewnie twardym – wzrasta.

–

Trwałość  –  okres,  w  jakim  drewno  zachowuje  swoje  własności  techniczne  i  opiera  się
działaniu  czynników  destrukcyjnych,  zależna  jest  od  gatunku  drewna  i  warunków
zewnętrznych,  w  jakich  drewno  jest  wykorzystywane.  Długą  trwałość  wykazuje  drewno
znajdujące  się  pod  dachem,  znacznie  mniejszą  drewno  narażone  na  działanie  czynników
atmosferycznych  lub  na  przemienny  wpływ  powietrza  i  wody,  co  ma  miejsce  podczas
użytkowania  instrumentów  muzycznych.  Drewno  w  całości  zanurzone  w  wodzie  może
przetrwać bardzo długi okres.

Higroskopijne właściwości drewna

Higroskopijność – to zdolność materiału do wchłaniania wilgoci z powietrza. Drewno

zawsze wchłania wilgoć lub oddaje ją do pomieszczenia tak długo, aż osiągnie stan równowagi
pomiędzy własną wilgotnością a wilgotnością otoczenia. Drewno stosowane w miejscach
o dużej wilgotności powinno być zabezpieczone przed jej wchłanianiem.

Znajdującą się w drewnie ilość wody ocenia się wskaźnikiem wilgoci. Oblicza się go jako

wyrażony w procentach stosunek znajdującej się w drewnie wody do wagi samego drewna.
W tym celu suszy się i periodycznie waży próbki drewna. Jest to dokładny, jednak długotrwały
sposób. Szybciej i prościej wilgotność można ustalić z pomocą specjalnych elektrycznych
mierników.

100

⋅

[%] (1)

Wilgotność drewna można też określić jako różnicę masy drewna wilgotnego i masy

drewna absolutnie suchego do masy drewna absolutnie suchego:

100

⋅

−

[%] (2)

W – wilgotność drewna [%]
G

– masa wody [kg]

– masa drewna [kg]

– masa drewna wilgotnego [kg]

– masa drewna suchego [kg]

Wilgotność materiałów drzewnych zmienia się w szerokich granicach – od zera do ponad

100%. Suche drewno chłonie wodę (w postaci pary) z otoczenia do granicy pełnego nasycenia,
czyli  dotąd,  aż  ciśnienie  pary  wodnej  we  wnętrzu  substancji  drzewnej  zrównoważy  się
z ciśnieniem  pary  wodnej  w  otaczającym  powietrzu.  Górna  granica  chłonności  pary  wodnej
przez  substancję  drzewną  nosi  nazwę  granicy  higroskopijności.  Powyżej  granicy
higroskopijności,  czyli  powyżej  punktu  nasycenia  włókien,  dalsza  ilość  wody  może  się

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

gromadzić  w  wolnych  przestrzeniach  drewna  w  postaci  skondensowanej.  Woda  taka  nosi
nazwę  „wody  wolnej”.  Obecność  wody  wolnej  nie  wpływa  na  zmianę  wymiarów  materiału
drzewnego  –  powoduje  jedynie wzrost ciężaru właściwego drewna. Wytrzymałość i twardość
drewna maleje ze wzrostem wilgotności.

Wraz ze wzrostem zawartości wody wchłoniętej przez drewno w zakresie higroskopijnym

(woda  związana)  substancja  drzewna  pęcznieje.  Gdy  drewno  wysycha,  występuje  zjawisko
odwrotne,  czyli  kurczenie.  Powoduje  to  niestabilność  wymiarową  wszelkich  konstrukcji
wykonanych  z  drewna  i  tworzyw  drzewnych.  Przewidywane  zmiany  rozmiarów  muszą  być
uwzględnione  na  etapie  projektowania  i  podczas  późniejszej  eksploatacji  konstrukcji
drewnianych.

Normy większości materiałów i wyrobów ustalają największą dozwoloną ilość wilgoci.

Świeżo ścięte drewno zawsze bywa wilgotniejsze, niż wymagania norm, dlatego w czasie
produkcji jest poddawane suszeniu, po czym przechowywane w suchym miejscu.

W związku z włóknistą i warstwową budową drewna zmiany wymiarów względem jego

poszczególnych kierunków są zróżnicowane i w zależności od gatunku drewna wahają się
w granicach:

−

w kierunku wzdłużnym:

0,1÷0,35%

−

w kierunku promieniowym:

2,0÷8,5%

−

w kierunku stycznym:

6,0÷13,0%

−

zmiana objętości:

7,0÷22,5%

Tworzywa drzewne cechują się znacznie większą stabilnością wymiarową. Zmiany

wymiarów w płaszczyźnie na długości i szerokości są jednakowe i bardzo małe. Jedynie
w kierunku prostopadłym do płaszczyzny płyt zmiany wilgotności wywołują zmiany
wymiarowe o wielkości podobnej jak w przypadku drewna.

Więcej informacji o właściwościach higroskopijnych drewna i materiałów drzewnych

znajdziesz w literaturze [1, s 37 – 42].

Akustyczne właściwości drewna

Mianem akustycznych własności drewna określa się cechy wywierające wpływ na przebieg

zjawisk dźwiękowych w drewnie. Decydują one o możliwościach i zakresie zastosowania
drewna w praktyce jako materiału rezonansowego (budowa instrumentów muzycznych)
i dźwiękochłonnego (izolacja dźwiękowa, akustyczna).

Na akustyczne własności drewna ma wpływ jego budowa, udział drewna późnego, udział

promieni rdzeniowych i przewodów żywicznych, ponadto wilgotność i temperatura. Procesy
technologiczne, takie jak klejenie i wykończanie powierzchni, zmieniają w dużym stopniu
akustyczne własności drewna.

Budowa i właściwości tworzyw drzewnych

Tworzywa drzewne zbudowane są z przetworzonego drewna naturalnego. Drewno często

poddawane jest rozdrobnieniu a następnie spajaniu za pomocą kleju.

Do materiałów drzewnych, w których drewno nie ulega rozdrobnieniu, zalicza się sklejkę.

Sklejka  jest  tworzywem  kompozytowym  warstwowym,  sklejonym  z  nieparzystej  ilości
(co najmniej  3  warstw)  płatów  drewna  w  postaci  fornirów  i  obłogów.  Kierunek  przebiegu
włókien  w  sąsiadujących  warstwach  jest  skrzyżowany  pod  kątem  prostym.  Zewnętrzne
warstwy  sklejki  nazywamy  obłogami,  a  wewnętrzne  fornirami.  Sklejka  cechuje  się  wysoką
wytrzymałością  na  rozrywanie.  W  porównaniu  z  drewnem,  sklejki  mogą  mieć  dużą
powierzchnię  przy  niewielkiej  grubości,  mniejszą  skłonność  do  pęknięć  i  paczenia  się.
Ze względu  na  warstwową  strukturę  sklejka  posiada  jednakowe  właściwości  mechaniczne
niezależnie od kierunku działających na sklejkę obciążeń.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Do materiałów drzewnych, które zbudowane są z rozdrobnionego drewna, poddanego

spajaniu za pomocą klejów zalicza się płyty wiórowe i pilśniowe. Płyty wiórowe wytwarza się
z  wiórów  i  odpadów  drzewnych,  spajanych  klejem  syntetycznym  i  prasowanych  pod
ciśnieniem.  Płyty  pilśniowe  wytwarza  się  z  rozwłóknionego  drewna  odpadowego
poddawanego  sprasowaniu  pod  dużym  ciśnieniem.  Ze  względu  na  wiórową  strukturę  płyty
wiórowe i pilśniowe wykazują właściwości izotropowe.

Do tworzyw drzewnych zalicza się również płyty MDF. Są to produkty drewnopochodne,

powstałe w wyniku sprasowania włókien drzewnych z dodatkiem organicznych związków
łączących i utwardzających, w warunkach wysokiego ciśnienia i temperatury. Jest to materiał
o jednorodnej gęstości i składzie surowcowym w całym przekroju, dzięki czemu posiada
doskonałą obrabialność mechaniczną w procesach skrawania.

Właściwości mechaniczne i akustyczne drewna i materiałów drzewnych są cechą

decydującą o ich przydatności do budowy instrumentów muzycznych.

Więcej informacji na temat właściwości fizycznych i tworzyw drzewnych znajdziesz

w literaturze [1,6].

Właściwości fizyczne metali

Metale są pierwiastkami chemicznymi i stopami charakteryzującymi się dobrą

przewodnością elektryczną i cieplną. W stanie stałym metale mają strukturę krystaliczną.

W technice metale stosowane są w stanie technicznie czystym – czyli z niewielką

zawartością domieszek (kilka setnych %) lub częściej w postaci stopów. Techniczne stopy
metali mogą być stopami metalu z metalem, na przykład brąz – stop miedzi i cyny, lub metali
z niemetalami, na przykład stal jest stopem żelaza z węglem.

Podstawowe własności fizyczne metali to:

−

Gęstość właściwa [kg/m

]. Ze względu na gęstość rozróżnia się metale lekkie o gęstości

do 3000 kg/m

oraz metale ciężkie o gęstości większej niż 3000 kg/m

. Średnia gęstość

aluminium to 2750 kg/m

a stali 7850 kg/m

−

Temperatura topnienia. Temperatura topnienia metali zawiera się w bardzo szerokich
granicach. W najniższej temperaturze topi się rtęć -38,78°C. Wolfram topi się
w temperaturze 3422°C.

−

Rozszerzalność  temperaturowa  metali  –  polega  ona  na  zmianie  wymiarów  liniowych
i objętości  pod  wpływem  zmiany  temperatury. Wraz  ze wzrostem  temperatury  metale  się
rozszerzają.  Wielkościami  charakteryzującymi  rozszerzalność  są:  temperaturowy
współczynnik

rozszerzalności

liniowej

oraz

temperaturowy

współczynnik

rozszerzalności objętościowej

β.

Współczynniki te wyrażane są w

-1

−

Przewodnictwo cieplne metali – jest to zdolność do przewodzenia ciepła. Wszystkie
metale są dobrymi przewodnikami ciepła.

−

Przewodność  elektryczna  metali  –  wszystkie  metale  przewodzą  prąd  elektryczny,
ponieważ  cała  objętość  metalu  wypełniona  jest  chmurą  elektronów  swobodnych,  po
przyłożeniu  do  metalu  napięcia  –  wolne  elektrony  swobodnie  przemieszczają  się  miedzy
punktami przyłożenia napięcia.

−

Własności magnetyczne. Silne właściwości magnetyczne wykazuje żelazo, kobalt i nikiel –
metale te należą do ferromagnetyków. Spośród metali słabe własności magnetyczne
wykazuje aluminium i platyna, metale te zaliczane są do paramagnetyków. Właściwości
diamagnetyczne wykazuje cynk, miedź, złoto.

−

Własności chemiczne i aktywność chemiczna metali jest bardzo zróżnicowana. Większość
metali wchodzi  w reakcję z substancjami znajdującymi się w otoczeniu, ale tempo reakcji
jest różne. Sód  utlenia się bardzo szybko, dużo wolniej utlenia się żelazo i miedź. Metale
szlachetne  reagują  chemicznie  w  stopniu  niewielkim  (srebro)  lub  nie  wykazują  oznak

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

reakcji z otoczeniem się (złoto, platyna). Metale, które mają bezpośredni kontakt
z muzykiem narażone są na oddziaływanie kwasów i soli zawartych w ludzkim pocie.

−

Własności  mechaniczne  –  to  zdolność  do  materiałów  do  przeciwstawiania  się  różnym
obciążeniom.  W  badaniach  własności  wytrzymałościowych  określa  się  zależności  między
siłą  działającą  na  metal,  a  skutkami,  które  to  działanie  wywołuje.  Początkowo
odkształcenie  jest  wprost  proporcjonalne  do  wywołującego  to  odkształcenie  obciążenia.
W  tym  zakresie  metale  odkształcają  się  sprężyście.  Po  przekroczeniu  pewnej  wartości
obciążenia metale odkształcają się plastycznie. Odkształcenia sprężyste są odwracalne – to
znaczy,  że  po  ustaniu  działania  obciążenia  wymiary  obciążanego  elementu  wracają  do
stanu początkowego. Odkształcenia plastyczne są nieodwracalne. Własności mechaniczne
metali  i  ich  stopów  są  w  wysokim  stopniu  zróżnicowane.  Dobierając  odpowiednio  skład
chemiczny  stopów  metali  można  wpływać  na  ich  wytrzymałość  statyczną,  dynamiczną,
wytrzymałość  zmęczeniową,  twardość  materiału  i  inne  własności  fizyczne.  W  budowie
instrumentów  muzycznych  wytrzymałość  mechaniczna  często  ma  decydujące  znaczenie.
Przykładem metalowego elementu instrumentu muzycznego, który jest poddawany silnym
obciążeniom mechanicznym, są struny w instrumentach strunowych.

−

Izotropowość – metale pomimo budowy krystalicznej w skali mikroskopowej, wykazują
właściwości izotropowe w skali makroskopowej.
Więcej informacji na temat klasyfikacji i właściwości metali i ich stopów znajdziesz

w literaturze [4].

Właściwości fizyczne tworzyw sztucznych i innych materiałów do wytwarzania
instrumentów muzycznych

Tworzywa sztuczne to związki wielkocząsteczkowe otrzymywane w wyniku przeróbki

naturalnych  polimerów  (np.  kauczuku  naturalnego,  celulozy).  Obok  głównego  składnika
zawierają  inne  składniki,  które  spełniają  rolę  wypełniacza,  plastyfikatora,  stabilizatora,
pigmentu, środka zmniejszającego palność, antystatyka. W odróżnieniu od metali – które mają
budowę  krystaliczną  –  tworzywa  sztuczne  są  w  większości  amorficzne,  czyli  mają  strukturę
bezpostaciową.

Tworzywa sztuczne dzieli się na:

−

Duromery – twarde, trudnotopliwe, o wysokiej odporności mechanicznej służące jako
materiały konstrukcyjne – inaczej nazywane sztucznymi metalami. Niektóre duromery
zastępują też materiały ceramiczne.

−

Plastomery  –  popularnie  zwane  termoplastami,  mniej  sztywne  od  duromerów,  ale
łatwotopliwe  i  zwykle  rozpuszczalne  –  dzięki  ich  topliwości  można  je  przetwarzać
poprzez  wtryskiwanie  do  form  lub  wytłaczanie,  dzięki  czemu  można  z  nich  uzyskać
bardzo skomplikowane kształty. Stosowane są zamiast drewna i niekiedy zamiast metalu.

−

Elastomery  –  tworzywa,  które  można  rozciągać  i  ściskać;  w  wyniku  rozciągania  lub
ściskania  elastomery  zmieniają  znacznie  swój  kształt  ale  po  odjęciu  siły  wracają  do
poprzednich  wymiarów.  Elastomery  zastąpiły  prawie  całkowicie  kauczuk  naturalny,  ale
znalazły też szereg nowych zastosowań niedostępnych dla zwykłego kauczuku.
Ze względu na swe właściwości tworzywa sztuczne są coraz częściej wykorzystywane do

budowy elementów instrumentów muzycznych.

Poniżej podano najważniejsze i wspólne dla większości tworzyw sztucznych właściwości

fizyczne:

−

niska gęstość (890 – 2250 kg/m

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

−

wysoka trwałość chemiczna, w tym odporność na działanie wody, kwasów,
promieniowania UV itp.,

−

izolacyjność elektryczna,

−

niska przewodność cieplna,

−

wysoka wytrzymałość mechaniczna przy małej masie,

−

stabilność wymiarowa,

−

izotropowość,

−

dobre tłumienie drgań,

−

możliwość barwienia niektórych tworzyw na dowolny kolor.

4.1.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1.  Jakie rozróżniamy przekroje w drewnie pnia?
2.  Jakie elementy struktury mikroskopowej drewna możesz wymienić?
3.  Jaką rolę pełnią naczynia i cewki w rosnącym drzewie?
4.  Jaką rolę pełnią promienie rdzeniowe w rosnącym drzewie?
5.  Jakie rozróżniasz elementy budowy makroskopowej drewna?
6.  Jakie znasz właściwości fizyczne drewna?
7.  Jak określa się zawartość wody w drewnie?
8.  Jaki jest wpływ wilgotności drewna na jego własności mechaniczne?
9.  Co to są właściwości akustyczne drewna?
10.  Jak zbudowane są sklejki i płyty MDF?
11.  Jakie znasz własności fizyczne metali?
12.  Co to jest izotropowość i anizotropowość?
13.  Co to są tworzywa sztuczne?
14.  Jaki jest ogólny podział tworzyw sztucznych?
15.  Jakie znasz podstawowe właściwości fizyczne tworzyw sztucznych?

4.1.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Dokonaj analizy makroskopowej i mikroskopowej próbki drewna.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  przeanalizować treści zawarte w ćwiczeniu,
2)  zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
3)  zapoznać  się  z  cechami  charakterystycznymi  budowy  mikroskopowej  i  makroskopowej

drewna,

4) przeprowadzić obserwację struktury makroskopowej drewna za pomocą oceny

wzrokowej, z ewentualnym użyciem lupy powiększającej 5 – 10 krotnej,

5) zapisać i zanalizować wyniki obserwacji,
6) przeprowadzić obserwację struktury mikroskopowej drewna za pomocą mikroskopu

laboratoryjnego przy powiększeniach 25, 50 i 100 krotnych,

7) zapisać i zanalizować wyniki obserwacji.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

zeszyt,

−

próbki drewna do obserwacji makroskopowych,

−

próbki drewna do obserwacji mikroskopowych,

−

lupa powiększająca 5 – 10 krotna,

−

mikroskop laboratoryjny z obiektywami dającymi powiększenie od 25 do 100 krotnego,

−

plansze ilustrujące elementy budowy makroskopowej i mikroskopowej drewna.

Ćwiczenie 2

Określ odporność różnych rodzajów stali i metali nieżelaznych na warunki atmosferyczne.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  przeanalizować treści zawarte w ćwiczeniu,
2)  zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
3)  zapoznać się z właściwościami chemicznymi różnych metali żelaznych i nieżelaznych i ich

stopów,

4) podzielić próbki na dwie jednakowe grupy,
5) zanurzyć pierwszą grupę próbek próbki metali w wodzie na kilka dni (każda próbka

w osobnym naczyniu),

6)  pozostawić drugą grupę próbek na wolnym powietrzu,
7)  zaobserwować po kilku dniach zmiany jakie zaszły na powierzchni próbek metalu,
8)  zapisać wyniki i wyciągnąć wnioski.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

zeszyt,

−

próbki różnych rodzajów metali,

−

naczynia szklane do zanurzenia próbek,

−

lupa do obserwacji nalotu na powierzchni próbek,

−

katalog stali, żeliw, metali nieżelaznych.

Ćwiczenie 3

Określ właściwości fizyczne tworzywa sztucznego stanowiącego element konstrukcyjny

instrumentu muzycznego.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  przeanalizować treści zawarte w ćwiczeniu,
2)  zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
3)  zapoznać się z właściwościami fizycznymi poszczególnych rodzajów tworzyw sztucznych,
4)  określić  podstawowe  właściwości  fizyczne  wskazanych  próbek  materiałów  z  tworzyw

sztucznych,

5) zapisać wyniki i porównać z prawidłowymi odpowiedziami.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

zeszyt,

−

próbki różnych rodzajów tworzyw sztucznych,

−

katalogi tworzyw sztucznych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.1.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) zdefiniować pojęcia: przekrój poprzeczny, podłużny promieniowy,

podłużny styczny?



2) zdefiniować pojęcia: komórka roślinna, naczynia, cewki, miękisz

drzewny?



3) rozpoznać elementy budowy mikroskopowej drewna?



4) rozpoznać elementy budowy makroskopowej drewna?



5) określić właściwości higroskopijne drewna?



6) określić właściwości fizyczne metali?



7) określić odporność chemiczną metali?



8) określić właściwości materiałów izotropowych i anizotropowych?



9) określić podstawowe właściwości fizyczne tworzyw sztucznych?



10) zdefiniować pojęcia: duromery, plastomery, eleastomery?



„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.2. Drewno

tworzywa

drzewne

wytwarzania

instrumentów muzycznych

4.2.1. Materiał nauczania

Zastosowanie drewna w konstrukcji instrumentów muzycznych

Drewno jest podstawowym budulcem niemal wszystkich instrumentów strunowych –

smyczkowych i szarpanych. W tych instrumentach z drewna wykonuje się pudła rezonansowe
oraz gryfy.

W przypadku fortepianów i pianin z drewna wykonana jest płyta rezonansowa, korpus

instrumentów oraz większość elementów składających się na mechanizm młoteczkowy
i tłumikowy.

W instrumentach dętych drewnianych – za wyjątkiem saksofonów i fletów o korpusie

metalowym – z drewna wykonuje się korpusy tych instrumentów.

Wśród instrumentów perkusyjnych z drewna wykonywane są zarówno elementy

instrumentów o określonej (ksylofony, marimby) jak również nieokreślonej wysokości
dźwięków (kastaniety, pudełka akustyczne). Drewniane w większości są także pałeczki
perkusyjne.

Jakość materiałów wyjściowych, jak również technologia przygotowania i obróbki drewna

decyduje o szlachetności barwy instrumentów.

Identyfikacja wybranych gatunków drewna liściastego i iglastego

W celu określenia gatunku drewna należy określić jego charakterystyczne cechy

rozpoznawcze. Do takich cech zalicza się elementy budowy makroskopowej omówione
w rozdziale 4.1. W tabeli 1 zamieszczono podstawowe cechy charakterystyczne, dzięki którym
można rozpoznać poszczególne gatunki drewna.

Tablica 1. Charakterystyka wybranych gatunków drewna

Gatunek

Cechy charakterystyczne

Zastosowanie

Sosna

Barwa bielu jasnożółta, barwa twardzieli
czerwonobrunatna, drewno późne dość
szerokie, granice słojów bardzo wyraźne.
Liczne przewody żywiczne, duże
i wyraźnie widoczne. Sęki ciemne,
żywiczne o rożnych kształtach
i wymiarach. Drewno średnio ciężkie.

Drewno sosny zwyczajnej odznacza
się dobrymi właściwościami
fizykomechanicznymi. Dzięki swym
właściwościom mechanicznym,
łatwości obróbki narzędziami
tnącymi i małemu ciężarowi
objętościowemu, jest podstawowym
gatunkiem drewna o
wszechstronnym zastosowaniu
w różnych gałęziach przemysłu.

Świerk

Drewno białe z żółtawym odcieniem,
lekko połyskujące. Twardziel nie
zabarwiona – nie odróżnia się od bielu.
Słoje wyraźne, drewno późne słabo
rozwinięte. Granice słojów wyraźne.
Przewody żywiczne słabo widoczne,
występują pęcherze żywiczne. Sęki zdrowe
są jasne, sęki zepsute są bardzo ciemne.
Drewno średnio ciężkie.

Drewno o niewysokich
właściwościach
fizykomechanicznych.

Przemysł celulozowo – papierniczy,
meblarski, zabawkarski, szeroko
stosowany w przemyśle
instrumentów muzycznych na
drewno rezonansowe (świerk
wysokogórski).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Dąb

Słoje roczne wyraźne. Biel wąski, żółtawy
lub szaro – biały. Twardziel żółto -
brązowa lub brązowa. Promienie
rdzeniowe szerokie, bardzo dobrze
widoczne, rozmieszczone w dużych
odstępach, jaśniejsze od otaczającego
drewna. Na przekroju stycznym w postaci
pasemek o długości do 7 cm, na przekroju
promieniowym jako błyszczące wstęgi
różnego kształtu i wysokości. Drewno
ciężkie.

Stosowany między innymi
w przemyśle meblarskim, do
produkcji oklein, służy do wyrobu
elementów instrumentów
muzycznych.

Jesion

Słoje roczne wyraźne. Biel bardzo szeroki,
jasny, żółtawy lub różowawy o perłowym
połysku, twardziel jasnobrązowa,
promienie rdzeniowe wąskie, mało
widoczne.

Przemysł meblarski, wyrób oklein,
stosowany do wytwarzania
elementów instrumentów
muzycznych.

Buk

Drewno białe z odcieniem różowym.
Często występuje szarobrunatna fałszywa
twardziel. Słoje widoczne, promienie
rdzeniowe na przekroju podłużnym
promieniowym w postaci wstążeczek, na
przekroju podłużnym stycznym w postaci
soczewek. Drewno bukowe jest ciężkie,
twarde, łupliwe, łatwe do obróbki
skrawaniem.

Przemysł meblarski, produkcja
elementów giętych. Drewno
stosowane do wytwarzania
elementów instrumentów
muzycznych.

Lipa

Drewno białe, lekko połyskujące,
z odcieniem różowym lub żółtawym. Słoje
widoczne promienie rdzeniowe
niewidoczne na przekroju podłużnym
stycznym, na pozostałych przekrojach
widoczne w postaci jaśniejszych lub
ciemniejszych plamek. Drewno jest
miękkie, łatwo łupliwe, łatwo obrabialne,
o średnich właściwościach
mechanicznych.

Stosowane do wytwarzania
elementów instrumentów
muzycznych.

Jawor

Drewno bielaste, barwy żółtawobiałej,
połyskujące, dość lekkie, twarde i mocne,
lecz niezbyt trwałe. Pod względem
własności technicznych przewyższa
drewno klonu.

Stosowane do wytwarzania
elementów instrumentów
muzycznych.

Klon

Drewno barwy białej z żółtym odcieniem,
błyszczące. Twardziel słabo się zaznacza
ciemniejszym zabarwieniem. Promienie
drzewne na przekroju poprzecznym mają
wygląd wąskich, czerwonawych,
błyszczących kresek, co nadaje drewnu
charakterystyczny rysunek. Drewno jest
twarde, ciężkie, elastyczne.

Korpusy fagotów, gryfy gitar.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Grusza

Drewno nie zróżnicowane na biel
i twardziel, rozpierzchłonaczyniowe
(podobnie jak klon i jawor),
czerwonobrązowe, z dobrze widocznymi
słojami rocznymi, twarde i ciężkie.

Używane do wyrobu elementów,
instrumentów muzycznych.

Orzech czarny

Drewno twarde, mocne, zróżnicowane na
jasny biel i ciemnobrązową twardziel.

Używane jest do wyrobu oklein,
mebli, instrumentów muzycznych.

Mahoń

Drewno pozyskiwane z różnych gatunków
drzew rosnących głównie w Ameryce
(mahoniowiec) i Afryce (zamahoń),
o barwie czerwonobrunatnej, odporne na
wilgoć, nie pękające.

Stosowane do wytwarzania
elementów instrumentów
muzycznych.

Heban

Drewno o odcieniu ciemnobrązowym lub
czarnym, bardzo twarde, trudno łupliwe.

Czarne klawisze w fortepianach,
korpusy instrumentów dętych
drewnianych.

Palisander

W zależności od gatunku, barwa drewna
o kolorze jasno czerwonym ciemno
czerwonym lub brązowym. Drewno
ciężkie i twarde.

Podstrunnice w instrumentach
strunowych z gryfem, sztabki
ksylofonów, sztabki w marimbach.

Mpingo – grenadilla

Drewno wąskosłoiste, twarde, ciężkie.
Barwa ciemnobrązowa.

Używane do budowy korpusów
instrumentów dętych drewnianych,
szczególnie obojów i klarnetów.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Wady drewna

Wady drewna to różne nieprawidłowości jego budowy oraz niektóre cechy naturalne

i uszkodzenia, które obniżają przydatność techniczną i wartość użytkową drewna. Wady
naturalne drewna, powstające w drzewie żyjącym, nazywamy pierwotnymi, wady powstałe
w drewnie po jego ścięciu noszą nazwę wad wtórnych.

Do ważniejszych wad drewna zalicza się:

a) Sęki – pozostałości po gałęziach. Sęki zmniejszają wytrzymałość mechaniczną, zakłócają

przebieg włókien i usłojenia, utrudniają obróbkę mechaniczną. Występują w różnych
kształtach i wymiarach. Ze względu na spójność z otaczającym drewnem rozróżnia się sęki
zdrowe, nadpsute i zepsute.

Rys. 6. Odmiany sęków w przekroju podłużnym: a – sęk owalny, b – sęk okrągły,

c – sęk podłużny, d – sęki skrzydlate [2, s.17]

b) Pęknięcia – tworzą się w wyniku rozerwania tkanki drzewnej wzdłuż włókien i cewek.

Pęknięcia są najczęstszymi wadami występującymi w tarcicy, mają różne kształty
i rozmiary.

Rys. 7. Pęknięcia w tarcicy: a – podłużne, b, c – okrężne [2, s.17]

c) Wady budowy drewna – odchylenie od jego regularnej budowy, obniżające wytrzymałość,

utrudniające obróbkę, zmniejszające walory estetyczne drewna. Do ważniejszych wad
budowy drewna zalicza się: skręt i zawiły przebieg włókien, nierównomierną szerokość
słojów rocznych, pęcherze żywiczne, mimośrodowość rdzenia, wielordzenność.

Rys. 8. Wady drewna: a – mimośrodowość rdzenia, b – wielordzenność

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 9. Skręt włókien: a) prosty przebieg włókien, b) skręcony przebieg włókien

d) Wady zabarwienia drewna. Wady te mogą być pochodzenia biologicznego – do nich

zalicza się siniznę drewna, fałszywą twardziel (drewno buku i brzozy) oraz zaparzenie. Do
niebiologicznych wad zabarwienia zalicza się zacieki garbnikowe oraz zacieki żywiczne.

e) Porażenia drewna przez grzyby pasożytnicze. Uszkodzenia te występują zarówno

w drzewach rosnących, jak również w drewnie już przetartym, a także w trakcie
użytkowania wyrobów wykonanych z drewna. Najpoważniejsze wady wywoływane przez
grzyby pasożytnicze to zgnilizna twarda, która wywołuje zmiany barwy drewna, zwiększa
nasiąkliwość oraz obniża wytrzymałość i twardość drewna oraz zgnilizna miękka, która
całkowicie niszczy strukturę drewna.

f) Uszkodzenia drewna spowodowane przez szkodniki drewna. Uszkodzenia te powstają

w wyniku  drążenia  przez  owady  chodników  w  drewnie.  Rozróżnia  się  chodniki  małe
(o średnicy  do  3  mm)  i  chodniki  duże  (powyżej  3  mm  średnicy)  oraz  płytkie  (3–5  mm)
i głębokie (powyżej 5 mm).
Szczegółowy opis wad drewna zawiera  Polska Norma PN-EN 844-9:2002

Sortymenty drewna naturalnego
a) Tarcica – jest to prefabrykat uzyskany w wyniku wzdłużnego przetarcia (przecięcia)

drewna okrągłego. Tarcica iglasta i liściasta produkowana jest w dwóch grupach: tarcica
ogólnego przeznaczenia i tarcica specjalnego przeznaczenia. W zależności od proporcji
wymiarów tarcicę dzieli się na: deski, bale, listwy, krawędziaki i belki.

Rys. 10.Sortymenty tarcicy: a – deska, b – bal, c – listwa, d – graniak (łata), e – krawędziak, f – belka [1, s.18]

b) Forniry – to cienkie arkusze drewna naturalnego pozyskane metodą skrawania

bezwiórowego.  Fornir  jest  materiałem,  który  zachował  strukturę  drewna,  z  bardzo
urozmaiconym  rysunkiem  powstałym  w  wyniku  przecinania  pod  różnym  kątem  słojów
rocznych.  Ze  względu  na  przeznaczenie  forniry  dzieli  się  na  okleiny  i  obłogi.  Okleina  to
fornir  przeznaczony  do  uszlachetniania  powierzchni  elementów  płytowych.  Obłogi  to
forniry przeznaczone do oklejania płyt stolarskich i innych elementów płytowych.
Więcej informacji na temat tarcicy i fornirów znajdziesz w literaturze [1, s.17 – 24]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Sortymenty tworzyw drzewnych

Tworzywa drzewne zbudowane są z przetworzonego drewna naturalnego, często drewno

poddawane jest rozdrobnieniu a następnie spajaniu za pomocą kleju.
a) Płyty stolarskie – są tworzywem złożonym z grubej warstwy środkowej oklejonej

dwustronnie cienkimi obłogami, obłogami i okleiną lub twardą płytą pilśniową. Warstwa
wewnętrzna może być zbudowana jako układ blokowy pełny, złożony z listew, deszczułek
lub fornirów, lub w układzie przestrzennym – wtedy warstwa środkowa może być
z różnych materiałów drzewnych.

Rys. 11. Płyty stolarskie. a) pełna listwowa, b) pełna deszczółkowa nacinana, c) pełna listwowa okleinowana,

d) pustakowa listewkowa, e) pustakowa ramowa, f) listewkowa sekcyjna [1, s.25]

b) Płyty typu MDF – produkowane są w 3 odmianach: MDF, LDF, HDF. Są to produkty

drewnopochodne,  powstałe  w  wyniku  sprasowania  włókien  drzewnych  z  dodatkiem
organicznych  związków  łączących  i  utwardzających,  w  warunkach  wysokiego  ciśnienia
i temperatury.  Jest  to  materiał  o  jednorodnej  gęstości  i  składzie  surowcowym  w  całym
przekroju,  dzięki  czemu  posiada  doskonałą  obrabialność  mechaniczną  w  procesie
skrawania.  MDF  –  Medium  Density  Fibreboard  –  jest  to  płyta  z  włókien  drzewnych
o średniej  gęstości.  Jest  podstawowym  materiałem  do  produkcji  mebli  oraz  artykułów
wykańczania  wnętrz  takich  jak  listwy  ozdobne,  panele  ścienne,  kasetony,  a  także  do
produkcji  artykułów  stolarki  budowlanej  np.  drzwi.  Ze  względu  na  walory  powierzchni
płyty  MDF  nadają  się  do  uszlachetniania  poprzez  pokrywanie  cienkimi  filmami
melaminowymi,  lakierowanie  oraz  oklejanie  sztuczną  i  naturalną  okleiną.  LDF  –  Light
Density Fibreboard – jest to płyta z włókien drzewnych, charakteryzująca się zmniejszoną
gęstością.  Płyta  LDF  jest  materiałem  bazowym  do  produkcji  paneli  ściennych
użytkowanych  w pomieszczeniach  suchych.  Stanowią  one  również  materiał  bazowy  do
produkcji  płyt  poszyciowo  –  izolacyjnych  Kronotec.  HDF  –  Hight  Density  Fibreboard  –
jest  to  płyta  z włókien  drzewnych,  charakteryzująca  się  dużą  twardością  i  podwyższoną
gęstością.  Płyty  HDF  są  przeznaczone  do  produkcji  paneli  podłogowych.  Produkty
wykonane  na  bazie  płyty  HDF  standard  są  przeznaczone  do  użytkowania
w pomieszczeniach  suchych.  W  przemyśle muzycznym  płyty  MDF  są  szeroko  stosowane
do  wykonywania  obudów  kolumn  głośnikowych  ze  względu  na  korzystne  właściwości
akustyczne związane z pochłanianiem i rozpraszaniem fal akustycznych, nie wprowadzenie
rezonansów własnych oraz łatwość obróbki mechanicznej.

c) Sklejka jest tworzywem kompozytowym warstwowym, sklejonym z nieparzystej ilości (co

najmniej  3  warstwy)  płatów  drewna  w  postaci  fornirów  i  obłogów.  Kierunek  przebiegu
włókien  w  sąsiadujących  warstwach  jest  skrzyżowany  pod  kątem  prostym.  Zewnętrzne
warstwy sklejki nazywamy obłogami a wewnętrzne fornirami. Sklejka cechuje się wysoką
wytrzymałością  na  rozrywanie.  W  porównaniu  z  drewnem  sklejki  mogą  mieć  dużą

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

powierzchnię przy niewielkiej grubości, mniejszą skłonność do pęknięć i paczenia się. Ze
względu na warstwową strukturę sklejka posiada jednakowe właściwości mechaniczne
niezależnie od kierunku działających na sklejkę obciążeń.

Rys. 12. Schemat budowy sklejki [2, s. 24]

d) Płyty wiórowe wytwarza się z wiórów i odpadów drzewnych, spajanych klejem

syntetycznym  i  prasowanym  pod  ciśnieniem.  Płyty  pilśniowe  wytwarza  się
z rozwłóknionego  drewna  odpadowego  poddawanego  sprasowaniu  pod  dużym
ciśnieniem.  Ze  względu  na  wiórową  strukturę  płyty  wiórowe  i  pilśniowe  wykazują
właściwości izotropowe.

e) Tworzywo Green Line – materiał stosowany przez firmę Buffet Crampon do

wykonywania  korpusów  klarnetów  i  obojów.  Tworzywo  to  powstaje  z  połączenia
sproszkowanego  drewna  hebanowego  (95%)  z  żywicami,  pod  wysokim  ciśnieniem
i w wysokiej  temperaturze.  Materiał  ten  ma  takie  same  właściwości  akustyczne  jak
drewno,  co  pozwala  mu  sprostać wymaganiom stawianym przez muzyków, a dodatkowo
zachowuje się bardzo stabilnie we wszystkich zakresach temperatur. Firma Buffet oferuje
w tej samej cenie instrumenty (ten same modele) klasy profesjonalnej wykonane z drewna
lub  tworzywa  Green  Line.  Korpusy  wykonane  z  tego  tworzywa  nie  pękają,  co  jest  jego
najważniejszą zaletą w stosunku do drewna naturalnego.

4.2.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Jakie znasz cechy charakterystyczne poszczególnych gatunków drewna?
2. Jakie są cechy charakterystyczne drewna drzew iglastych stosowanego do budowy

instrumentów muzycznych?

3. Jakie są cechy charakterystyczne drewna drzew liściastych stosowanego do budowy

instrumentów muzycznych?

4. Jakie są cechy charakterystyczne drewna drzew egzotycznych stosowanego do budowy

instrumentów muzycznych?

5.  Jakie znasz wady drewna?
6.  Jakie znasz sortymenty tarcicy?
7.  Jakie znasz rodzaje tworzyw drzewnych?
8.  Jak zbudowane są płyty wiórowe?
9.  Jak zbudowane są sklejki i płyty MDF?
10.  Jakie zastosowanie w przemyśle muzycznym mają płyty MDF?
11.  Jakie zastosowanie w budowie instrumentów muzycznych ma tworzywo Grena 2000?
12.  Jakie gatunki drewna wykorzystywane są do budowy instrumentów muzycznych?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.2.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Zidentyfikuj gatunek drewna na podstawie obserwacji makroskopowej próbek drewna.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  przeanalizować treści zawarte w ćwiczeniu,
2)  zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
3)  zapoznać się z cechami charakterystycznymi wyglądu poszczególnych gatunków drewna,
4)  przyporządkować odpowiednie próbki do właściwego gatunku drewna,
5)  zapisać wyniki i porównać z prawidłowymi odpowiedziami.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

zeszyt,

−

próbki różnych gatunków drewna,

−

lupa powiększająca 5–10 krotna,

−

katalog z fotografiami powierzchni gatunków drewna.

Ćwiczenie 2

Zidentyfikuj sortymenty drewna i tworzyw drzewnych.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  przeanalizować treści zawarte w ćwiczeniu,
2)  zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
3)  zapoznać się z sortymentami drewna naturalnego,
4)  zapoznać się z sortymentami tworzyw drzewnych,
5)  zidentyfikować sortymenty drewna naturalnego na podstawie oględzin próbek,
6)  zidentyfikować sortymenty tworzyw drzewnych na podstawie oględzin próbek,
7)  zapisać i zanalizować wyniki obserwacji.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

zeszyt,

−

próbki sortymentów drewna naturalnego,

−

próbki sortymentów tworzyw drzewnych,

−

plansze ilustrujące sortymenty drewna i tworzyw drzewnych.

Ćwiczenie 3

Dokonaj oceny jakości drewna przeznaczonego do wykonania elementu instrumentu

muzycznego.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) przeanalizować treści zawarte w ćwiczeniu,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

2)  zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
3)  zapoznać się z cechami charakteryzującymi jakość drewna,
4)  przeprowadzić ocenę jakości próbek drewna,
5)  zapisać i zanalizować wyniki obserwacji.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

zeszyt,

−

próbki drewna do oceny jakościowej,

−

lupa powiększająca 5–10 krotna,

−

plansze ilustrujące wady drewna.

4.2.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) określić cechy charakterystyczne różnych gatunków drewna?



2) dokonać identyfikacji wybranych gatunków drewna?



3) określić zastosowanie drewna i tworzyw drzewnych w budowie

instrumentów muzycznych?



4) rozpoznać wady drewna?



5) określić wady zabarwienia drewna?



6) rozróżnić sortymenty drewna naturalnego?



7) rozróżnić sortymenty tworzyw drzewnych?



8) określić budowę płyt stolarskich?



9) określić budowę płyt MDF?



10) ocenić jakość drewna?



„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3.

Metale stosowane do wytwarzania instrumentów muzycznych

4.3.3. Materiał nauczania

Metale znajdują się w konstrukcji niemal wszystkich istniejących rodzajów instrumentów

muzycznych,  ale  ich  udział  jest  bardzo  zróżnicowany.  W  instrumentach  strunowych  metale
stosowane  są  często  w  mechanizmach  mocujących  i  napinających  struny.  Struny  tych
instrumentów  obecnie  są  również  w  większości  wykonane  z  materiałów  metalowych,  choć
spotykane  są  również  struny  wykonane  z  tworzyw  sztucznych  i  naturalnych,  takich  jak
odpowiednio  spreparowane  jelita  zwierzęce.  W  instrumentach  strunowo  -  klawiszowych
metale  stosowane  są  do  wyrobu  ram,  na  których  mocowane są  struny  oraz w  mechanizmach
młoteczkowych i innych.

W instrumentach dętych blaszanych metal jest podstawowym materiałem konstrukcyjnym,

inne materiały pełnią funkcje drugorzędne.

W instrumentach dętych drewnianych metale są w największym stopniu stosowane

w budowie  całej  rodziny  saksofonów  i  większości  fletów  –  z  metalu  wykonane  są  korpusy
instrumentów  oraz  tzw.  mechanika  –  klapy,  dźwignie,  słupki,  sprężynki,  śruby  i  inne.
W pozostałych  instrumentach  dętych  drewnianych  (oboje,  flety  o  korpusie  drewnianym,
klarnety, fagoty) z metalu – tak jak w saksofonach wykonane są mechanizmy instrumentów.

Wśród instrumentów perkusyjnych metale stosowane są do wyrobu instrumentów

o określonej wysokości dźwięku takich jak na przykład wibrafony, dzwonki, dzwony rurowe,
jak również o nieokreślonej wysokości dźwięku – talerze, gongi, trójkąty. Z metalu zbudowane
są także elementy konstrukcyjne wielu instrumentów perkusyjnych.

W organach piszczałkowych – piszczałki w zdecydowanej większości również

są wykonane z metalu.

Do wyrobu instrumentów muzycznych stosowane są żeliwa (na przykład ramy

fortepianów  i  pianin),  stale  (na  przykład  struny,  elementy  mechanizmów  w  fortepianach,
sprężyny,  elementy  mechanizmów  instrumentów  dętych  blaszanych  i  drewnianych),  mosiądze
(na przykład korpusy instrumentów dętych blaszanych i saksofonów, pedały i drążki pedałowe
w  fortepianach  i  pianinach),  nikiel  (do  pokrywania  klap  i  mechanizmów  w  instrumentach
dętych drewnianych, do pokrywania kołków stroikowych w fortepianach), miedź (do owijania
strun  basowych  w  fortepianach),  srebro  (korpusy  fletów  wyższej  klasy,  do  posrebrzania  klap
i mechanizmów  w  instrumentach  dętych),  złoto  (do  pokrywania  lub  wykonywania  korpusów
fletów najwyższej klasy, pozłacania mechanizmów w instrumentach dętych).

Stopy żelaza

Żelazo w formie technicznie czystej nie jest stosowane ze względu na niskie własności

mechaniczne. Aby uzyskać wymagane parametry mechaniczne, żelazo występuje w stopach.
Stopy żelaza stosowane w technice oraz w budowie instrumentów muzycznych to stale
i żeliwa.

Stal

Stal jest to stop żelaza z węglem plastycznie obrobiony, o zawartości węgla nie

przekraczającej  2,11%  co  odpowiada  granicznej  rozpuszczalności  węgla  w  żelazie.  (Stopy
o wyższej  zawartości  węgla  to  żeliwa).  Stal  otrzymuje  się  z  surówki  (będącej  produktem
redukcji rudy żelaza  w  piecu  hutniczym) w procesie  świeżenia, w którym z surówki usuwane
są składniki niepożądane głównie poprzez utlenianie tlenem atmosferycznym lub przez dodanie
do wytapianej mieszaniny tlenków.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Węgiel w stopach z żelazem może występować w postaci węgla czystego – grafitu lub

węglika żelaza Fe

C zwanego cementytem. Cementyt jest składnikiem bardzo twardym

i kruchym.

Stal w swoim składzie, oprócz żelaza i węgla, zawiera również inne składniki. Do

pożądanych składników stopowych zalicza się głównie metale (na przykład chrom, nikiel,
mangan, wolfram, miedź, molibden, tytan). Pierwiastki takie jak tlen, azot, siarka oraz
wtrącenia niemetaliczne, głównie tlenków siarki, fosforu, zwane są zanieczyszczeniami.

W zależności od składu chemicznego stale dzieli się na węglowe i stopowe. Ze względu na

zastosowanie,  stale  dzieli  się  na  konstrukcyjne,  narzędziowe  i  specjalne.  W  stali  węglowej
składnikiem  decydującym  o  właściwościach  stali  jest  węgiel.  W  stalach  stopowych
(o zawartości  przynajmniej  jednego  składnika  stopowego  powyżej  wielkości  granicznej  –
podanej w normach) o właściwościach decydują jej składniki stopowe.

Zależność pomiędzy strukturą stali węglowej i żeliwa, a zawartością węgla ilustruje

wykres równowagowy żelazo – węgiel.

A – eutektyka perlitu (0,77% zawartości

węgla)

B – eutektyka ledeburytu
a –

α + perlit

b –

cementyt + ledeburyt + perlit

c –

cementyt + ledeburyt

d –

cementyt + grafit

e –

Ferryt α

f –

α + γ

g –

austenit γ

h –

γ + Fe

C + ledeburyt

i –

C + ledeburyt

j –

γ + ciecz

k –

Ciecz (płynny roztwór żelaza
i węgla)

l –

Ciecz + Fe

m – δ + γ
n –

o –

γ + ciecz

Rys. 13 Wykres żelazo – węgiel

Na osi poziomej podana jest procentowa zawartość węgla w stopie, na osi pionowej

temperatura. Wykres ten ilustruje zmiany zachodzące (pod warunkiem powolnego grzania lub
studzenia) w składnikach strukturalnych stopów żelaza z węglem, w zależności od temperatury
i zawartości węgla. Dokładny opis wykresu żelazo – węgiel oraz więcej informacji na temat
klasyfikacji i właściwości stali znajdziesz w literaturze [4].

Żeliwo

Żeliwo – jest to stop odlewniczy żelaza z węglem, krzemem, manganem, fosforem, siarką

i innymi składnikami zawierający od 2% do 3,6% węgla w postaci cementytu lub grafitu.
Żeliwo otrzymuje się przez przetapianie surówki, otrzymywanej z procesu wielkopiecowego,
z dodatkami złomu stalowego lub żeliwnego w piecach zwanych żeliwniakami. Tak powstały
materiał stosuje się do wykonywania odlewów.

Żeliwo charakteryzuje się niewielkim – 1,0% do 2,0% skurczem odlewniczym, łatwością

wypełniania form, a po zastygnięciu dobrą obrabialnością. Cenną cechą żeliwa stosowanego do
wytwarzania elementów instrumentów muzycznych jest właściwość tłumienia drgań.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

W zależności od postaci węgla zawartego w żeliwie rozróżniamy:

a) Żeliwo białe – węgiel jest związany w postaci cementytu. Żeliwo to jest twarde i bardzo

kruche.

b) Żeliwo szare – węgiel występuje w postaci grafitu. Materiał ten jest miękki i łatwo

obrabialny. Odlewy z żeliwa szarego odznaczają się dobrą wytrzymałością na ściskanie.

c) Żeliwo ciągliwe – powstaje przez wyżarzanie w atmosferze utleniającej lub obojętnej

żeliwa białego. Żeliwo to charakteryzuje się większą udarnością niż żeliwo białe.

d) Żeliwa modyfikowane i sferoidalne – cechują się ciągliwością oraz podwyższoną

wytrzymałością na rozciąganie.

Przykłady zastosowania stali i żeliw w budowie instrumentów muzycznych

W instrumentach dętych blaszanych stosowane są stalowe sprężyny śrubowe, znajdują się

one w tłoczkowych mechanizmach wentylowych. Ich rolą jest wypchnięcie tłoczka wciśniętego
uprzednio  przez  muzyka.  Sprężyny  płaskie  i  sprężyny  o  przekroju  okrągłym  stosowane  są
w mechanizmach instrumentów dętych drewnianych. Sprężyny te dociskają klapy do otworów
w  korpusie  instrumentów  lub  wypychają do  położenia  spoczynkowego  klapy  naciśnięte przez
muzyka.  Sprężyny  okrągłe mają średnicę 0,30–1.4 mm i długość 30–90 mm, sprężyny płaskie
mają grubość do około 1 mm, szerokość 1–5 mm i długość do kilkudziesięciu milimetrów.

Stale do wytwarzania sprężyn to stale sprężynowe. Stale te są stalami węglowymi

zawierającymi 0.6%–0.85% węgla lub stalami niskostopowymi zawierającymi dodatki krzemu,
manganu, chromu i wanadu. Większość stali sprężynowych charakteryzuje się podwyższoną
zawartością krzemu, która normalnie jest niepożądanym zanieczyszczeniem. W tych jednak
zastosowaniach jest dodatkiem wymaganym, obniżającym plastyczność stali.

Rys. 14. Sprężyna stalowa naciskowa

Struny stalowe wykonywane są ze stalowego drutu patentowanego, charakteryzują się

wysoką  wytrzymałością  na  rozciąganie.  Patentowanie  to  obróbka  cieplna  drutu  stalowego
polegająca  na  nagrzaniu  go  do  temp.  850–900°C,  wygrzaniu  w  tej  temperaturze  i  następnie
ochłodzeniu, najczęściej w kąpieli ołowiowej lub solnej o temp. 480–510°C. Patentowanie ma
na  celu  usunięcie  śladów  uprzedniego  zgniotu  i  nadanie  stali  struktury  bainitycznej,
zapewniającej  możliwość  dalszego  przeciągania  drutu  na  zimno,  w  celu  uzyskania  mniejszej
średnicy; w razie potrzeby patentowanie powtarza się; po ostatnim przeciąganiu na zimno drut
osiąga  wytrzymałość  na  rozciąganie  powyżej  1600  MPa.  Tą  metodą  wytwarza  się  drut
fortepianowy, używany do produkcji strun.

Żeliwa stosowane są głównie do wytwarzania ram fortepianów i pianin. Ramy odlewane

są  z  szarego  żeliwa  ciągliwego.  Taki  materiał  wyróżnia  się  relatywnie  niską  ceną  (co  jest
istotne  przy  masie  ramy  w  granicach  100–200  kg),  zdolnością  przyjmowania  w odlewie
złożonych  kształtów,  właściwością  tłumienia  drgań  i  wytrzymałością  na  statyczne  obciążenia
ściskające.  Forma  i  rozmiar  ramy  określone  są  przez  kształt  instrumentu,  jego  wymiary
i rozplanowanie naciągu strunowego.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 15. Rama fortepianu

Stopy miedzi

Mosiądz

Mosiądz – stop miedzi i cynku zawierający do 40% tego metalu. Mosiądze mogą zawierać

także dodatki takich metali jak ołów, aluminium, cyna , mangan, żelazo i chrom oraz krzem.
Topi się w temperaturze ok. 1000°C (zależnie od zawartości składników stopowych).

Mosiądz ma kolor żółty (złoty), lecz przy mniejszych zawartościach cynku zbliża się do

naturalnego koloru miedzi. Stop ten jest odporny na korozję, ciągliwy, łatwy do obróbki
plastycznej. Posiada dobre właściwości odlewnicze.

Ze względu na wymienione właściwości ważnym zastosowaniem mosiądzu jest produkcja

instrumentów  muzycznych.  Z  mosiądzu  wytwarzane  są  korpusy  instrumentów  dętych
blaszanych  oraz  korpusy  saksofonów.  Dokładny  skład  stopów  mosiądzu  do  wytwarzania
instrumentów  muzycznych  jest  objęty  tajemnicą  przez  poszczególne  firmy  wytwarzające
instrumenty muzyczne.

Stopy miedziowo – cynkowo – niklowe

Ze stopów tych wytwarza się dźwignie i klapy mechanizmów w instrumentach dętych

drewnianych. Stopy te mają podobne właściwości jak mosiądz, charakteryzują się większą
wytrzymałością przy zachowaniu dobrych własności plastycznych. Czasami mechanizmy te
wykonywane są ze stopów niklu i srebra.

Brąz

Brąz to stop miedzi z cyną oraz innymi dodatkami. Rozróżnia się brązy cynowe, brązy

ołowiowe, fosforobrązy (brązy z dodatkiem fosforu) i inne. Brązy topią się w temperaturze
860-1060°C (zależnie od zawartości składników stopowych).

Brązy cynowe wykorzystywane są do budowy instrumentów z grupy idiofonów płytowych

i rurowych takich jak talerze, gongi czy dzwony rurowe. Instrumenty te wykonuje się głównie
z brązów gatunku B8 i B20. Stopy te zawierają odpowiednio około 8 i 20% cyny. Dokładny
skład chemiczny stopów wykorzystywanych do wykonywania instrumentów muzycznych
objęty jest tajemnicą producenta.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 16. Przykłady zastosowań stopów miedzi do budowy instrumentów muzycznych: a) korpus trąbki

wykonany z mosiądzu, b) korpus saksofonu wykonany z mosiądzu, c) gong wykonany z brązu,

d) fragment mechanizmu klarnetu wykonany ze stopu miedziowo – cynkowo – niklowego

Metale szlachetne

Srebro

Srebro – metal szlachetny, bardzo ciągliwy i kowalny (nieco twardszy od złota).

Charakteryzuje się lśniącym połyskiem, daje się łatwo polerować. Bardzo dobrze przewodzi
prąd elektryczny i ciepło. Gęstość srebra to 10490 kg/m

. W powietrzu na powierzchni

stopniowo matowieje wskutek powstawania na powierzchni ciemnego nalotu z siarczku
srebra. Srebro topi się w temperaturze 960°C.

Ze srebra wykonywane są korpusy fletów wysokiej klasy. Często ze srebra wykonuje się

tylko  główki  fletów.  Srebro  wykorzystywane  jest  powszechnie  do  pokrywania  powierzchni
mechanizmów  w  instrumentach  dętych  drewnianych.  Do  wytwarzania  korpusów  fletów
wykorzystuje się również stop GS składający się z 90% srebra i 10% złota.

Złoto

Złoto – jest żółtym, błyszczącym, miękkim, kowalnym i ciągliwym metalem szlachetnym

o dużej gęstości – wynoszącej 19300 kg/m

, temperatura topnienia złota to1064°C. Metal ten

bardzo dobrze przewodzi prąd elektryczny i ciepło. Jest mało aktywne chemicznie,
w temperaturze pokojowej wykazuje odporność na działanie większości kwasów. Roztwarza
się w wodzie królewskiej i innych mieszaninach niektórych kwasów oraz w roztworze cyjanku
potasu (w obecności utleniaczy). Z rtęcią tworzy amalgamat.

W zastosowaniach związanych z wykonywaniem instrumentów stosuje się stopy złota

z innymi metalami, takimi jak srebro, pallad, nikiel, miedź, cynk. Wynika to ze względu na
lepsze własności mechaniczne takich stopów i ich niższą cenę. W zależności od zawartości
złota w stopie, rozróżnia się sześć prób złota. Złoto pierwszej próby zawiera 96% złota, złoto
szóstej (ostatniej) próby zawiera 33,3% złota.

Złoto wykorzystuje się do pozłacania korpusów instrumentów dętych blaszanych,

saksofonów  oraz  fletów,  a  także  do  pozłacania  elementów  mechanizmów  w  instrumentach
dętych  drewnianych.  Ze  złota  wykonuje  się  główki  fletów  oraz  kompletne  korpusy  fletów
najwyższej  klasy.  Często  pozłacane  są  wewnętrzne  powierzchnie  główek  i  korpusów  fletów
a także ustniki instrumentów dętych blaszanych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 17. Pozłacane elementy instrumentów muzycznych: a – pozłacany ustnik fletu, b – pozłacany ustnik

puzonowy, c – pozłacany ustnik saksofonowy, d – pozłacane słupki w mechanizmie klarnetu

Platyna

Platyna – metal szlachetny o dużej gęstości – 21090 kg/m³. W postaci czystej jest to

srebrzystobiały metal, kowalny i łatwo ciągliwy.

Platyna wykorzystywana jest do pokrywania korpusów fletów wysokiej jakości. Stosuje

się również czystą platynę do wykonywania główek fletów i sporadycznie do całego korpusu.

Stopy lutownicze

Do łączenia elementów instrumentów dętych blaszanych oraz saksofonów używa się

lutowania twardego, czyli powyżej temperatury 550°C.

W lutowaniu twardym, spoinę tworzą stopy o różnorodnym składzie chemicznym. Rodzaj

stopu lutowniczego uzależniony jest od rodzaju łączonych metali oraz wymaganej
wytrzymałości spoiny. Luty twarde wykonuje się najczęściej na bazie miedzi i srebra.

Tablica 2. Przykładowe stopy lutownicze według normy DIN 8513

Cecha wg
DIN 8513

Skład spoiwa

w % - wag.

Dolna i górna

tem. topnienia [°C]

L-CuP6

93,8 miedź; 6,2 fosfor

710-880

L-Ag5P

5 srebro; 89,0 miedź; 6,0 fosfor

650-810

L-Ag30Cd

30 srebro; 28 miedź; 21 cynk; 21 kadm

600-690

L-Ag40Cd

40 srebro; 19 miedź; 21 cynk; 20 kadm

595-630

L-Ag45Sn

45 srebro; 27 miedź; 3 cyna; 25 cynk

640-680

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Tablica 3. Przykłady zastosowań metali w konstrukcji instrumentów muzycznych – zestawienie

Rodzaj metalu

Przykłady zastosowania w budowie instrumentów muzycznych

Stopy metali żelaznych

Żeliwo

Ramy fortepianów i pianin

Stopy żelaza z
węglem i innymi
składnikami

Stale

Instrumenty strunowe: struny stalowe, mechanizmy mocujące
i napinające struny, elementy mechanizmów w fortepianach
i pianinach.

Instrumenty dęte: sprężyny, mechanizmy wentylowe, elementy
mechanizmów instrumentów dętych drewnianych (śruby, wkręty,
sworznie).
Instrumenty perkusyjne: dzwonki, wibrafony, osprzęt instrumentów
perkusyjnych.

Metale nieżelazne i ich stopy

Miedź

Stosowana do owijania strun basowych w fortepianach i pianinach
oraz w gitarach.

Brązy

Instrumenty perkusyjne: talerze, gongi
Brąz (80% miedzi, 20% cyny) – stosowany jest do owijania strun
gitar elektrycznych.
Brązy z dodatkiem fosforu – do 0,5% (fosforobrązy) stosowane są
do wyrobu sprężyn płaskich stosowanych w mechanizmach
instrumentów dętych drewnianych oraz do powlekania strun gitar
elektrycznych.

Miedź i stopy
miedzi

Mosiądze

Korpusy instrumentów dętych blaszanych, korpusy saksofonów,
Instrumenty perkusyjne: talerze, gongi, korpusy kotłów
orkiestrowych,
Instrumenty strunowe: progi na gryfach gitar.

Stopy miedziowo –
cynkowo - niklowe

Klapy i dźwignie w instrumentach dętych drewnianych.

Nikiel

Do pokrywania mechanizmów instrumentów dętych drewnianych
niskiej klasy, do pokrywania strun gitar elektrycznych.

Aluminium

Elementy mechanizmów fortepianów, gitar elektrycznych (gryf).

Ołów

Stosowany w postaci obciążników do wyważania i regulacji
mechanizmów w fortepianach i pianinach.

Spoiwa

Stopy cynowo –
ołowiowe, cynowe,
mosiężne

Do łączenia elementów instrumentów dętych blaszanych.

Metale szlachetne

Srebro

Stosowane do wykonywania korpusów fletów, powszechnie
stosowane do pokrywania korpusów i mechanizmów
w instrumentach dętych.

Złoto

Instrumenty dęte: do pokrywania od wewnątrz korpusów fletów, do
wykonywania korpusów fletów wysokiej klasy, do pozłacania
mechanizmów i korpusów instrumentów dętych.

Platyna

Stosowana do wyrobu korpusów fletów wysokiej klasy.

Podane przykłady to jedynie niewielki wycinek zastosowań metali w budowie

instrumentów muzycznych. Więcej informacji na ten temat znajdziesz w literaturze
specjalistycznej o tematyce związanej z projektowaniem i wytwarzaniem instrumentów
muzycznych z poszczególnych grup.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1.  Co to jest stal i żeliwo?
2.  Jakie są cechy charakterystyczne poszczególnych metali i stopów?
3.  Jaki jest ogólny skład chemiczny stali i żeliw?
4.  Jakie znasz odmiany stali i żeliw?
5.  Jaki jest podstawowy skład chemiczny brązów i mosiądzów?
6.  Jaka jest odporność chemiczna poszczególnych rodzajów metali i ich stopów?
7.  Jakie zastosowanie w budowie instrumentów znajduje stal i żeliwo?
8.  Jakie zastosowanie w budowie instrumentów znajdują stopy metali nieżelaznych?
9.  Jakie cechy wyróżniają metale szlachetne spośród innych metali?
10.  Jakie  są  przykładowe  zastosowania  metali  szlachetnych  do  budowy  instrumentów

muzycznych?

4.3.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Zidentyfikuj rodzaj metalu na podstawie obserwacji jego właściwości fizycznych.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  przeanalizować treści zawarte w ćwiczeniu,
2)  zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
3)  zapoznać  się  z  właściwościami  fizycznymi  różnych  metali  żelaznych  i  nieżelaznych  i  ich

stopów,

4) przyporządkować odpowiednie próbki do właściwego rodzaju metalu,
5) zapisać wyniki i porównać z prawidłowymi odpowiedziami.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

zeszyt,

−

próbki różnych rodzajów metali z opisem ich cech charakterystycznych,

−

katalog stali, żeliw, metali nieżelaznych.

Ćwiczenie 2

Określ możliwe zastosowanie wskazanych metali do budowy instrumentów muzycznych.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  przeanalizować treści zawarte w ćwiczeniu,
2)  zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
3)  zapoznać się z zastosowaniem metali do budowy instrumentów muzycznych,
4)  zidentyfikować rodzaj metalu z którego wykonana jest dana próbka,
5)  określić możliwe zastosowania metalu do budowy elementów instrumentu muzycznego,
6)  zapisać wyniki i wyciągnąć wnioski.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

zeszyt,

−

próbki różnych rodzajów metali,

−

katalogi instrumentów muzycznych.

Ćwiczenie 3

Określ wszystkie rodzaje metali zastosowane w budowie fortepianu.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  przeanalizować treści zawarte w ćwiczeniu,
2)  zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
3)  zapoznać się z budową fortepianu,
4)  rozpoznać elementy mechanizmów i części fortepianu wykonane z metalu,
5)  określić  rodzaj  metalu  zastosowanego  do  wykonania  poszczególnych  elementów  i części

fortepianu,

6) zapisać wyniki i wyciągnąć wnioski.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

zeszyt,

–

próbki różnych rodzajów metali,

–

katalogi instrumentów muzycznych.

4.3.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) określić ogólny skład chemiczny stopów stali i żeliw?



2) zidentyfikować metale na podstawie analizy ich własności fizycznych?



3) zdefiniować pojęcia: stal węglowa, stal stopowa, żeliwo?



4) określić główne składniki stopowe stali stopowej?



5) określić ogólny skład chemiczny stopów mosiądzu i brązu?



6) określić odporność chemiczną stopów metali?



7) określić zastosowanie stali i żeliw do budowy instrumentów?



8) określić zastosowanie stopów metali nieżelaznych do budowy

instrumentów?



9) określić zastosowanie metali szlachetnych w budowie instrumentów

muzycznych?



10) podać przykłady zastosowania poszczególnych rodzajów metali

i stopów metali do budowy instrumentów muzycznych?



„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.4. Tworzywa sztuczne i inne materiały do wytwarzania

instrumentów muzycznych

4.4.1. Materiał nauczania

Tworzywa sztuczne

Ebonit

Ebonit – tworzywo sztuczne otrzymywane w procesie wulkanizacji kauczuku, naturalnego

lub syntetycznego. Ebonit zawiera 20-33% siarki. Jest nierozpuszczalny, nietopliwy, łatwo
poddaje się obróbce mechanicznej, ma dobre własności izolacyjne cieplne i elektryczne, jest
bardzo odporny chemicznie. Z ebonitu wykonywane są ustniki do klarnetów i saksofonów.

Rys. 18. Ustnik do klarnetu wykonany z ebonitu

Tworzywo ABS

Tworzywo ABS – tworzywo sztuczne o gęstości 1040 kg/m3, otrzymywane w procesach

polimeryzacji. Tworzywo to posiada dobre własności udarnościowe, wysoką twardość oraz
odporność na zarysowania.

Ze względu na swe własności, tworzywa z grupy ABS są coraz częściej wykorzystywane

do produkcji korpusów instrumentów dętych drewnianych takich jak flety (flety piccolo),
oboje i klarnety. Nazwa handlowa tworzywa ABS stosowanego do produkcji tych
instrumentów to „Grena 2000”.

Z tworzywa ABS wykonywane są korpusy instrumentów niższej klasy – czyli szkolne.

Dodatkową zaletą tego tworzywa jest niższa w porównaniu z drewnem gęstość, dzięki czemu
instrument jest lżejszy co jest istotne gdy na instrumencie gra dziecko. Korpus wykonany
z tworzywa ABS jest odporny na działanie wilgoci i na zmiany temperatury.

Poniżej przedstawiono klarnet Lyons (w stroju C), skonstruowany specjalnie dla

najmłodszych  klarnecistów.  Ze  względu  na  bardzo  niską  masę  i  mniejsze  rozmiary
w porównaniu ze standardowym klarnetami B, na instrumencie tym naukę gry mogą rozpocząć
dzieci  już  w  wieku  7  lat.  Klarnet  ten  jest prawie  w całości  wykonany  z  tworzyw  sztucznych:
korpus  –  tworzywo  ABS,  mechanika  wykonana  jest  z  delrinu  (rodzaj  tworzywa  sztucznego,
polimer  termoplastyczny),  poduszki  –  wykonane  są  z  silikonu.  Jedyne  elementy  metalowe  to
sprężynki  mechanizmu,  ligaturka  i  opcjonalne  obciążniki  mające  za  zadanie  wyważenie
instrumentu.

Rys. 19. Klarnet C Lyons

Z tworzywa ABS wykonywane są również elementy korpusów gitar klasycznych niższej

klasy.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Nylon

Nylon to syntetyczny polimer z grupy poliamidów służący do wytwarzania włókna

syntetycznego o bardzo dużej wytrzymałości na rozciąganie.

W przemyśle wytwórczym instrumentów muzycznych z nylonu wykonywane są struny do

instrumentów strunowych szarpanych takich jak gitara, mandolina, banjo.

Włókna aramidowe oraz poliestry

Z materiału opartego na włóknach aramidowych oraz z materiałów z grupy poliestrów

(PET) wykonuje się naciągi perkusyjne na werble i inne perkusyjne instrumenty membranowe.

Rys. 20. Naciąg perkusyjny do werbla

Gore - Tex

Gore - Tex – to znak towarowy należący do firmy W.L. Gore & Associates. Firma

opatruje tym znakiem produkty, w których występują oparte na teflonie włókna, nici
i membrany.

Działanie Gore - Texu opiera się na wprasowanej w tkaninę półprzepuszczalnej

membranie,  wykonanej  z  porowatego  teflonu.  Rozmiar  porów  jest  większy  niż  średnica
pojedynczej  molekuły  wody,  z  jakich  składa  się  para  wodna,  a  jednocześnie  mniejszy  niż
wielocząsteczkowe pakiety z jakich składa się woda w stanie płynnym. Umożliwia to transport
pary  wodnej  z  ośrodka  o  większym  stężeniu  do  ośrodka  o  mniejszym,  przy  zachowaniu
nieprzepuszczalności dla wody.

Z materiału tego wykonuje się membrany wysokiej klasy poduszek stosowanych do

przykrywania otworów w korpusach instrumentów dętych drewnianych.

Rys. 21. Poduszki do klarnetu z membranami wykonanymi z tworzywa Gore – Tex

Istnieje bardzo wiele rodzajów i typów tworzyw sztucznych stosowanych przemyśle.

Wraz  z  postępem  technologicznym  powstają  wciąż  nowe  odmiany  tworzyw,  które  mogą
znaleźć  zastosowanie  w  budowie  instrumentów  muzycznych.  Dlatego  omówione  powyżej
tworzywa  sztuczne  to  jedynie  część  materiałów,  które  służą  do  budowy  instrumentów
muzycznych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Inne tworzywa naturalne stosowane w konstrukcji instrumentów muzycznych

Oprócz drewna, metali i tworzyw sztucznych, do wytwarzania instrumentów muzycznych

stosuje się również inne materiały wykonane z surowców naturalnych. Są to filce, skóry,
korek, nici, włosie końskie – stosowane w smyczkach instrumentów smyczkowych.

Filc

Filc – jest to materiał włókienniczy powstały przez spilśnienie włókien z wełny, sierści

zwierząt  lub  tworzyw  sztucznych.  Spilśnianie  to  proces  łączenia  włókien  w  zwartą  masę,
w którym wykorzystuje się naturalne właściwości włókien do tworzenia między sobą połączeń.
Połączenia  te  dodatkowo  wzmacnia  zastosowanie  w  procesie  pilśnienia  gorącej  pary  wodnej,
słabych  roztworów  kwasów  lub  zasad  i  dużego  nacisku  lub  tarcia.  Nacisk  uzyskuje  się  przez
ubijanie  lub  walcowanie  wilgotnej  warstwy  włókien  lub  tkaniny.  Spilśnianie  odbywa  się  na
maszynach  zwanych  spilśniarkami  lub  foluszami,  a  proces  spilśniania  nazywa  się  filcowaniem
lub folowaniem. W drodze folowania tkanin otrzymuje się sukna i filce.

Z filcu wykonuje się główki młoteczków fortepianów i pianin. Jakość dźwięku

wydobytego  ze  struny  w  dużym  stopniu  zależy  od  jakości  i  twardości  filcowej  okleiny
młoteczka.  Parametry  filców  stosowanych  na  poszczególne  grupy  młoteczków  muszą  być
precyzyjnie  dobrane.

Dźwięk wydobywany przez młotek twardy jest jasny i ostry, natomiast

młotek miękki powoduje brzmienie matowe i ciemne. Im większy jest udział długości odcinka
styku młotka ze struną w stosunku do całkowitej długości struny, tym większa ilość wysokich
składowych dźwięku ulega stłumieniu. Im wyższy rejestr tym główki młoteczków pokrywane
są twardszym filcem.

Rys. 22. Główki młoteczków fortepianowych

Filcem pokrywa się również główki pałeczek do gry na kotłach orkiestrowych oraz do gry

na bębnach wielkich. Filc służy również jako materiał tłumiący stuki w mechanizmach wielu
instrumentów muzycznych (fortepian, trąbka, saksofon).

Skóra naturalna

Skóra naturalna należy do materiałów naturalnych, jest to surowiec pozyskiwany

ze zwierząt, wykorzystywany w przemyśle budowy instrumentów muzycznych,. Przykładowe
zastosowania skóry w konstrukcji instrumentów muzycznych:

−

elementy miechów w akordeonach i fisharmoniach,

−

naciągi membranowych instrumentów perkusyjnych,

−

membrany poduszek klap do przykrywania otworów w korpusach saksofonów,

−

skórzane ligaturki do klarnetów i saksofonów.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Korek

Korek – jest materiałem naturalnym, pozyskiwanym z kory dębu korkowego, zawsze

zielonej  odmiany  śródziemnomorskiej.  Materiał  ten  stosowany  jest  do  tłumienia  uderzeń
w mechanizmach  instrumentów  dętych  drewnianych.  Korek  jest  również  sprężystym
elementem  pośredniczącym  umożliwiającym  wciskowe  połączenie  korpusów  instrumentów
drewnianych. Za pomocą korka łączone z baryłką lub fajką (w saksofonach) są również ustniki
tych  instrumentów.  Z  tego  materiału  wykonywane  są  również  niektóre  poduszki  do
zakrywania otworów w instrumentach dętych drewnianych.

Rys. 23. Przykłady zastosowania tworzyw naturalnych w budowie instrumentów muzycznych. Od lewej:

poduszka do saksofonu ze skórzaną membraną, ligaturka skórzana do klarnetu, płyty z korka do wykrawania

elementów do mechanizmów instrumentów muzycznych oraz tulejka z korka do fajki saksofonu.

4.4.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Jakie są wspólne cechy charakterystyczne dla tworzyw sztucznych?
2. Jakie znasz rodzaje tworzyw sztucznych stosowanych do budowy elementów

instrumentów muzycznych?

3. Jakie zalety i wady są charakterystyczne dla tworzyw sztucznych?
4. Jakie elementy instrumentów muzycznych z poszczególnych grup wykonane są z tworzyw

sztucznych?

5.  Jakie właściwości posiada tworzywo Gore - Tex?
6.  Jaką rolę w budowie fortepianów i pianin pełni filc?
7.  Jakie zastosowanie w budowie instrumentów muzycznych posiada skóra naturalna?
8.  Jakie funkcje pełni korek w instrumentach dętych drewnianych?

4.4.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Zidentyfikuj rodzaj tworzywa sztucznego stanowiącego element konstrukcyjny

instrumentu muzycznego.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  przeanalizować treści zawarte w ćwiczeniu,
2)  zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
3)  zapoznać  się  z  cechami  charakterystycznymi  poszczególnych  rodzajów  tworzyw

sztucznych,

4) przyporządkować odpowiednie próbki do właściwego rodzaju tworzywa sztucznego,
5) zapisać wyniki i porównać z prawidłowymi odpowiedziami.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

zeszyt,

−

próbki różnych rodzajów tworzyw sztucznych, będących elementami konstrukcyjnymi
instrumentów muzycznych,

−

katalogi tworzyw sztucznych.

Ćwiczenie 2

Określ możliwe zastosowania materiału próbek tworzyw sztucznych w budowie

instrumentów muzycznych.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  przeanalizować treści zawarte w ćwiczeniu,
2)  zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
3)  zapoznać  się  z  zastosowaniem  tworzyw  sztucznych  i  innych  materiałów  do  budowy

instrumentów muzycznych,

4) zidentyfikować rodzaj materiału z którego wykonana jest dana próbka,
5) określić możliwe zastosowania materiału próbki do budowy elementów instrumentu

muzycznego,

6) zapisać wyniki i wyciągnąć wnioski.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

zeszyt przedmiotowy,

−

próbki różnych rodzajów materiałów (tworzyw sztucznych, skóry, filcu, korka),

−

katalogi instrumentów muzycznych.

Ćwiczenie 3

Dobierz materiały konstrukcyjne spośród tworzyw sztucznych i naturalnych, aby można

było z nich wykonać zadane elementy instrumentu muzycznego.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  przeanalizować treści zawarte w ćwiczeniu,
2)  zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
3)  określić funkcję jaką pełni w instrumencie zadany element,
4)  dobrać materiał z którego można wykonać zadany element instrumentu muzycznego,
5)  zapisać wyniki i wyciągnąć wnioski.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

zeszyt,

−

elementy instrumentów muzycznych,

−

próbki różnych rodzajów materiałów (tworzyw sztucznych, skóry, filcu, korka),

−

katalogi instrumentów muzycznych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.4.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) określić przykładowe zastosowania ebonitu w konstrukcji

instrumentów muzycznych?



2) określić przykładowe zastosowania tworzywa ABS w konstrukcji

instrumentów muzycznych?



3) określić przykładowe zastosowania nylonu i poliestrów w konstrukcji

instrumentów muzycznych?



4) określić cechy charakterystyczne materiału Gore - Tex?



5) wskaż przykładowe zastosowanie tworzywa Gore - Tex w konstrukcji

instrumentów muzycznych?



6) określić wpływ grubości i twardości filcu pokrywającego główkę

młoteczka na barwę dźwięku struny fortepianu?



7) określić zastosowanie skóry i korka do budowy instrumentów?



8) dobrać odpowiedni materiał do wytworzenia zadanego elementu

konstrukcyjnego instrumentu muzycznego?



„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

5. SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ

INSTRUKACJA DLA UCZNIA

1.  Przeczytaj uważnie instrukcję.
2.  Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi.
3.  Zapoznaj się z zestawem zadań testowych.
4.  Test  zawiera  20  zadań.  Do  każdego  zadania  dołączone  są  4  możliwości  odpowiedzi.

Tylko jedna jest prawidłowa.

5. Udzielaj odpowiedzi na załączonej karcie odpowiedzi, stawiając w odpowiedniej rubryce

znak X. W przypadku pomyłki błędną odpowiedź należy zaznaczyć kółkiem, a następnie
ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową.

6. Niektóre zadania wymagają stosunkowo prostych obliczeń, które powinieneś wykonać

przed wskazaniem poprawnego wyniku.

7. Test składa się z dwóch części. Część I zawiera zadania z poziomu podstawowego,

natomiast w części II są zadania z poziomu ponadpodstawowego i te mogą przysporzyć
Ci trudności, gdyż są one na poziomie wyższym niż pozostałe (dotyczy to zadań
o numerach od 16 do 20).

8. Pracuj samodzielnie, bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania.
9. Jeśli udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność, wtedy odłóż jego rozwiązanie

na później i wróć do niego, gdy zostanie Ci wolny czas.

10. Na rozwiązanie testu masz 60 minut.

Powodzenia

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH

1. Zamieszczona poniżej ilustracja przedstawia

a)  przekrój podłużny promieniowy przez pień drzewa.
b)  przekrój poprzeczny przez pień drzewa.
c)  przekrój podłużny styczny przez pień drzewa.
d)  przekrój poprzeczny połączony z przekrojem stycznym przez pień drzewa.

2. Promienie rdzeniowe w żyjącym drzewie

a)  służą do magazynowania żywicy.
b)  przewodzą wodę i składniki odżywcze z rdzenia do łyka.
c)  przewodzą wodę i składniki odżywcze z łyka do wewnętrznych obszarów pnia.
d)  przewodzą wodę w kierunku pionowym do góry w drzewach liściastych.

3. Właściwa kolejność występowania w przekroju poprzecznym pnia elementów budowy

makroskopowej drewna w kierunku od rdzenia na zewnątrz to:
a)  rdzeń, łyko, twardziel, biel, kora.
b)  kolejność jest zmienna i zależy od gatunku drzewa.
c)  rdzeń biel, twardziel, łyko, kora.
d)  rdzeń, twardziel, biel, łyko, kora.

4. Cewki w drewnie drzew iglastych

a)  odpowiadają za przyrosty roczne słojów drewna.
b)  przewodzą wodę oraz nadają drewnu sztywność i wytrzymałość mechaniczną.
c)  prowadzają wymianę gazową.
d)  przewodzą wodę od łyka do rdzenia drzewa.

5. Przyczyną skurczu i pęcznienia drewna jest

a)  zmiana wilgotności drewna.
b)  starzenie się drewna.
c)  zmiana temperatury drewna.
d)  ściskanie i rozciąganie drewna siłami zewnętrznymi.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

6. Wadą budowy drewna przedstawioną na rysunku jest

a)  mimośrodowość sęka w przekroju poprzecznym.
b)  mimośrodowość rdzenia.
c)  skręt włókien drewna w przekroju poprzecznym pnia.
d)  sęki w przekroju podłużnym.

7. Właściwe określenia poszczególnych sortymentów tarcicy to

a)  1 – deska, 2 – bal, 3 – listwa, 4 – graniak.
b)  1 – deska, 2 – bal, 3 – graniak, 4 – listwa.
c)  1 – bal, 2 – deska, 3 – listwa, 4 – graniak.
d)  1 – deska, 2 – graniak, 3 – listwa, 4 – bal.

8. Poniższa ilustracja przedstawia

a)  schemat budowy płyty stolarskiej.
b)  schemat budowy płyty MDF.
c)  schemat budowy sklejki.
d)  schemat budowy fornirów.

9. Wraz ze wzrostem temperatury wymiary liniowe elementów metalowych

a)  zmniejszają się.
b)  nie zmieniają się.
c)  zwiększają się.
d)  zwiększają się w stopach żelaza a zmniejszają w stopach z głównym udziałem miedzi.

10. Materiał, który nie może być składnikiem stopu metali to

a)  poliamid.
b)  węgiel.
c)  fosfor.
d)  nikiel.

11. Rama fortepianu wykonywana jest z

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

a)  żelaza.
b)  stali węglowej.
c)  mosiądzu.
d)  żeliwa.

12. Talerze perkusyjne wytwarzane są

a)  ze stali stopowych.
b)  wyłącznie z brązu.
c)  z brązu lub mosiądzu.
d)  ze stali sprężynowych.

13. Metale szlachetne

a) są stosowane jako materiał konstrukcyjny do wyrobu korpusów fletów oraz

pokrywania powierzchni elementów instrumentów dętych.

b) ze względu na cenę metali szlachetnych nie są używane się do wytwarzania

instrumentów muzycznych.

c) służą do wyrobu strun wysokiej jakości w instrumentach smyczkowych.
d) stosowane są jako dodatek stopowy do stali odpornych na korozję.

14. Tworzywa sztuczne nie mogą być stosowane

a)  do wytwarzania korpusów instrumentów dętych drewnianych.
b)  do wytwarzania ustników klarnetów i saksofonów.
c)  do wytwarzania strun fortepianowych.
d)  do wytwarzania naciągów membranowych instrumentów perkusyjnych.

15. Filc w budowie instrumentów muzycznych stosuje się

a)  do wykonania główek młoteczków (mechanizm młoteczkowy fortepianów).
b)  jako materiał dźwiękochłonny naklejany na wieko fortepianu (korpus fortepianów).
c)  do zewnętrznej warstwy poduszek (klapy instrumentów dętych drewnianych).
d)  do wypełnienia w tłumikach do trąbek.

16. Wykres rozciągania materiału sprężystego przedstawia rysunek

17. Wilgotność próbki drewna, mając dane: masa drewna wilgotnego G

= 620 g, masa

drewna po wysuszeniu G

= 400g to

a)  W = 55%.
b)  W = 60%.
c)  W = 35,5%.
d)  W = 80%.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

18. Masa początkowa (przed wysuszeniem) próbki drewna, mając dane: masa drewna po

wysuszeniu G

= 500g, wilgotność drewna 25% wynosi to

a) G

= 650 g.

b) G

= 375 g.

c) G

= 625 g.

d) G

= 350 g..

19. Gatunek drewna przedstawiony na ilustracji i opisie to

Drewno ciężkie. Słoje roczne wyraźne. Biel wąski, żółtawy lub szaro
–  biały.  Twardziel  żółto  -  brązowa  lub  brązowa.  Promienie
rdzeniowe  szerokie,  bardzo  dobrze  widoczne,  rozmieszczone  w
dużych  odstępach,  jaśniejsze  od  otaczającego  drewna.  Na  przekroju
stycznym  w  postaci  pasemek  o  długości  do  7  cm,  na  przekroju
promieniowym jako błyszczące wstęgi różnego kształtu i wysokości.

a)  jawor.
b)  sosna.
c)  palisander.
d)  dąb.

20. Materiały

konstrukcyjne

zastosowane

wyrobu

instrumentów

muzycznych

przedstawionych na ilustracji i opisie to

materiał nie wykazujący własności
higroskopijnych

materiał, który pod wpływem nagłych
zmian warunków przechowywania
instrumentu może pęknąć

materiał pochodzenia naturalnego, mający
za zadanie uszczelnić otwór w korpusie
saksofonu

materiał kruchy, izolator elektryczny

a) 1 – tworzywo ABS, 2 – barwione drewno świerku wysokogórskiego, 3 – Gore - Tex,

4 – metal oksydowany.

b)  1 – tworzywo ABS, 2 – drewno mpingo, 3 – skóra, 4 – ebonit.
c)  1– drewno mpingo, 2 – tworzywo ABS, 3 – powłoka aramidowa, 4 – ebonit.
d)  1 – ebonit, 2 – drewno mpingo, 3 – skóra, 4 – tworzywo ABS.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

KARTA ODPOWIEDZI

Imię i nazwisko
............................................................................................................................

Dobieranie materiałów konstrukcyjnych

Zakreśl poprawną odpowiedź.

zadania

Odpowiedź

Punkty

Razem:

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

6. LITERATURA

1. Bilczuk A., Lenik K. Malec M.: Podstawy konstrukcji drewnianych. Wydawnictwo

Uczelniane Politechniki Lubelskiej, Lublin 1994

2. Jurczyk J.: Stolarstwo. Wydawnictwo Czasopism i Książek Technicznych SIGMA – NOT

Sp. z o.o., Warszawa 1992

3. Niezgodziński M.E., Niezgodziński T.: Wzory, wykresy i tablice wytrzymałościowe.

WNT, Warszawa 2006

4.  Praca zbiorowa: Mały poradnik mechanika. WNT, Warszawa 1996
5.  Reblitz, A.: Piano, Servicing, Tuning and Rebuilding. Vestal Press, Lancham 1993
6.  Vogel B.: Fortepian polski. Sutkowski Editio, Warszawa 1995
7.  Walther S.: Towaroznawstwo drzewne. WSiP

Literatura metodyczna
1.  Dretkiewicz-Więch  J.:  ABC  nauczyciela  przedmiotów  zawodowych.  Operacyjne  cele

kształcenia. Zeszyt 32. CODN, Warszawa 1994

2. Ornatowski T., Figurski J.: Praktyczna nauka zawodu. ITeE, Radom 2000