Technik_instrumentow_muzycznych_311[18].Z2.01

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

SPIS TREŚCI

Wprowadzenie

Wymagania wstępne

Cele kształcenia

Materiał nauczania

4.1.

Właściwości i zastosowanie drewna i tworzyw drzewnych do wytwarzania
instrumentów muzycznych

4.1.1. Materiał nauczania

4.1.2. Pytania sprawdzające

4.1.3. Ćwiczenia

4.1.4. Sprawdzian postępów

4.2.

Właściwości i zastosowanie metali 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.

Właściwości i zastosowanie tworzyw sztucznych i innych materiałów 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.

Obliczenia wytrzymałościowe materiałów do wytwarzania instrumentów
muzycznych

4.4.1. Materiał nauczania

4.4.2. Pytania sprawdzające

4.4.3. Ćwiczenia

4.4.4. Sprawdzian postępów

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,  podstawowych  obliczeniach  wytrzymałościowych 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 róŜnorodności instrumentów muzycznych, w ich konstrukcji stosowane są
bardzo róŜne materiały.

Materiały konstrukcyjne do wytwarzania instrumentów dzielimy na następujące grupy:

–

materiały drzewne,

–

materiały metalowe,

–

materiały z tworzyw sztucznych,

–

skóry,

–

filce.
DuŜy 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 kaŜdym instrumencie muzycznym.

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

filce, korek. Materiały te znajdują szerokie zastosowanie w budowie na przykład fortepianów
i pianin.

Tworzywa sztuczne wykorzystywane są równieŜ w coraz większym zakresie nie tylko do

wykonywania detali mechanizmów instrumentów muzycznych, ale równieŜ 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 juŜ 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 juŜ opanowałeś określone treści,

–

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

–

sprawdzian postępów,

–

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

–

literaturę.

Bezpieczeństwo i higiena pracy

W czasie pobytu w pracowni musisz przestrzegać regulaminów, przepisów

i instrukcji przeciwpoŜarowych, wynikających z rodzaju wykonywanych prac. Wiadomości
dotyczące przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy, ochrony przeciwpoŜarowej oraz ochrony
środowiska znajdziesz w jednostce modułowej 311[18].O1.01 „Przestrzeganie przepisów
bezpieczeństwa i higieny pracy, ochrony przeciwpoŜarowej oraz ochrony środowiska”.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

3. CELE KSZTAŁCENIA

W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

−

zorganizować stanowisko pracy zgodnie z wymaganiami ergonomii,

−

sklasyfikować materiały konstrukcyjne stosowane do wytwarzania instrumentów
muzycznych,

−

zidentyfikować wybrane gatunki drewna iglastego i liściastego,

−

określić elementy budowy mikroskopowej i makroskopowej drewna,

−

scharakteryzować właściwości higroskopijne drewna,

−

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

−

określić właściwości fizyczne i mechaniczne materiałów stosowanych do wytwarzania
instrumentów muzycznych,

−

określić zastosowanie materiałów konstrukcyjnych do wytwarzania instrumentów
muzycznych,

−

ocenić jakość materiałów do produkcji instrumentów,

−

rozpoznać wady surowców,

−

wyjaśnić pojęcia: odkształcenie, obciąŜenie,

−

wyjaśnić pojęcia: napręŜenia wewnętrzne, napręŜenia dopuszczalne, wytrzymałość na
ściskanie, rozciąganie, zginanie, skręcanie,

−

określić zaleŜność pomiędzy obciąŜeniem a odkształceniem,

−

określić wpływ kierunku działania obciąŜeń na wytrzymałość drewna,

−

rozróŜnić obciąŜenia działające na określone elementy instrumentu muzycznego,

−

określić doświadczalnie właściwości mechaniczne materiałów konstrukcyjnych do
wytwarzania instrumentów muzycznych,

−

wykonać podstawowe obliczenia wytrzymałościowe,

−

dobrać materiały o określonych parametrach technicznych do produkcji instrumentów
muzycznych,

−

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

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4. MATERIAŁ NAUCZANIA

4.1. Właściwości i zastosowanie drewna i tworzyw drzewnych do

wytwarzania instrumentów muzycznych

4.1.1. 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 równieŜ nieokreślonej wysokości
dźwięków. Drewniane w większości są takŜe pałeczki perkusyjne.

Jakość materiałów, jak równieŜ technologia przygotowania i obróbki drewna decydują

o szlachetności barwy dźwięku instrumentów.

Elementy budowy mikroskopowej drewna

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

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

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

–

podłuŜny promieniowy, utworzony przez przecięcie pnia wzdłuŜ jego osi podłuŜnej,
przez rdzeń;

–

podłuŜny styczny, utworzony przez przecięcie pnia wzdłuŜ jego osi podłuŜnej
i przechodzący poza rdzeniem, czyli po stycznej do któregokolwiek pierścienia przyrostu
rocznego.

Rys. 1 Podstawowe przekroje w drewnie pnia:

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

Przez szkło powiększające moŜna obejrzeć makrostrukturę drewna, przez mikroskop

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

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

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

(20 –30%),  chemicelulozy  (12–20%)  oraz  niewielkich  ilości  Ŝywic,  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 równieŜ wytrzymałość.

Na budowę mikroskopową drewna składa się zespół cech i elementów anatomicznych

rozróŜnianych  i  dających  się  badać  za  pomocą  mikroskopu.  W  budowie  mikroskopowej
drewna  rozróŜniamy  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
Ŝywiczne.

Komórka. Jednostką anatomiczną i fizjologiczną drewna jest komórka Komórki tkanki

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

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

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

Miękisz jest tkanką złoŜoną z Ŝywych 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  zaleŜności  od
usytuowania i sprawowanej funkcji rozróŜnia się kilka rodzajów komórek miękiszowych.

Włókna drzewne są to martwe komórki grubościenne o wydłuŜonych, 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. Włókna drzewne są rozmieszczone
pojedynczo, lub grupami, pomiędzy innymi komórkami tej tkanki. Zbudowane są z martwych
komórek o zdrewniałych ścianach wtórnych opatrzonych jamkami.

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

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

mm, połączonych w szereg tworzący rurkę. W ścianach poprzecznych między komórkami
występują perforacje, dzięki którym naczynia są droŜne. Przenikanie wody z naczyń do
sąsiednich tkanek następuje przez jamki proste lub lejkowate. Długość naczyń wynosi średnio
10 cm, jednak u dębu moŜe dochodzić do 2 m. Naczynia mają cienkie ścianki komórkowe i są
elementami mechanicznie słabymi. Ich udział w tkankach pnia wynosi ok. 15%.

Rys. 3. Schemat budowy mikroskopowej drewna w przekroju podłuŜnym: 1 – włókna drzewne,

2 – naczynia, 3 – miękisz drzewny

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

w drewnie  drzew  iglastych,  stanowiąc  ok.  90%  jego  masy.  Cewki  podłuŜne  mają  przekrój
poprzeczny czworoboczny, o ściankach zorientowanych promieniowo i stycznie, o wymiarach
0,02–0,07  mm.  Cewki  tworzą  szeregi  przebiegające  wzdłuŜ  osi  pnia.  Długość  cewek
podłuŜnych  moŜe  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

Promienie rdzeniowe, lub promienie drzewne są to wstęgi komórek miękiszowych,

przebiegające  promieniście  od  łyka  ku  rdzeniowi.  RozróŜnia  się  promienie  rdzeniowe
pierwotne,  biegnące  od  łyka  do  rdzenia,  oraz  promienie  rdzeniowe  wtórne,  które  łączą  łyko
z punktami  wewnętrznymi  pnia  w  róŜnej  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  odŜywcze.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Wymiana  substancji  między  promieniami  rdzeniowymi  a  drewnem  następuje  przez  jamki.
Promienie  rdzeniowe  występują  u  wszystkich  gatunków  drzew,  mają  natomiast  róŜną
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 złoŜonej z jednej lub dwóch
warstw komórek. Wysokość promieni rdzeniowych u drzew iglastych jest mniejsza niŜ 1 mm
i obejmuje zwykle 1–15, a czasem do 50 warstw komórek. W wieloszeregowych promieniach
rdzeniowych sosny, modrzewia i świerka występują poziome przewody Ŝywiczne.

Przewody Ŝywiczne stanowią system połączonych między sobą kanałów pionowych

i poziomych  wewnątrz  drzewa.  Występują  one  w  drewnie  większości  gatunków  drzew
iglastych,  np.  u  sosny,  modrzewia,  świerka,  natomiast  nie  występują  np.  u  cisa  i  jałowca
(u jodły  przewody  Ŝywiczne  występują  w  korze).  Przewody  Ŝywiczne  pionowe  przebiegają
wzdłuŜ  pnia,  a  poziome  są  usytuowane  w  wieloszeregowych  promieniach  rdzeniowych
i dochodzą  do  łyka.  Wnętrze  przewodów  Ŝywicznych  tworzą  komórki  Ŝywicorodne,  które
wydzielają  Ŝywicę  do  kanałów  Ŝywicznych.  śywica  w  aktywnych  przewodach  Ŝywicznych
występuje w postaci balsamicznej i stanowi roztwór stałych kwasów Ŝywicznych w olejkach
terpenowych.  Średni  skład  Ŝywicy  w  wyniku  Ŝywicowania  sosny  jest  następujący:  kalafonia
(stałe  kwasy  Ŝywiczne)  70%,  terpentyna  24%,  woda  5,5%  oraz  zanieczyszczenia  0,5%.
Aktywne  przewody  Ŝywiczne  występują  w  bielu.  W  niektórych  gatunkach  drzew  liściastych
występują przewody podobne do przewodów Ŝywicznych w drewnie iglastym. W przewodach
tych drzew liściastych są wytwarzane substancje gumowo – Ŝywiczne, np. kauczuk naturalny.
Przebieg  przewodów  w  drzewach  liściastych  moŜe  być  wzdłuŜny  lub  promieniowy,  rzadko
występuje jednocześnie w obu kierunkach.

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 róŜnorodny i stanowić moŜe cechę

taksonomiczną dla rozróŜniania 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 podłuŜnym
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 ułoŜone są słoje roczne, od zewnątrz otoczone

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

W zaleŜności od intensywności przyrostów rocznych rozróŜnia się drewno wąskosłoiste,

gdzie  szerokość  słoju  jest  mniejsza  niŜ  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

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

stanowiącego szersze pasmo połoŜone bliŜej 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.

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

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

W starych drzewach wyróŜnia się ciemniej zabarwiona środkowa część pnia – jest to

twardziel,  pod  względem  biologicznym  martwe  drewno  pełniące  funkcję  mechaniczną.
Twardziel  otoczona  jest  Ŝywym  drewnem  bielastym  (biel).  W  drzewie  Ŝywym  twardziel  jest
mniej  odporna  na  szkodniki  (grzyby)  niŜ  biel,  natomiast  po  ścięciu  stanowi  materiał  lepszy,
odporniejszy  mechanicznie  i  biologicznie  od  części  bielastych.  Wszystkie  gatunki  iglaste
spotykane w Polsce wytwarzają twardziel.

Drzewa liściaste, pod względem budowy makroskopowej tkanek drewna dzielone są na:

−

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 w języku angielskim na temat budowy drewna (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 jasnoŜółtej do brązowej, o odcieniu
mniej intensywnym niŜ w niektórych gatunkach egzotycznych (mahoń, palisander).

–

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

–

Rysunek drewna róŜni się w zaleŜności od przekroju, barwy drewna, wielkości
przyrostów, sęków itp.

–

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

–

Wilgotność – zawartość wody w drewnie.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

–

Skurcz i pęcznienie – drewno podczas suszenia zawsze kurczy się, podczas nasiąkania
wodą pęcznieje. Podczas skurczu drewno pęka i paczy się. Dlatego konstrukcje
drewniane powinny być przygotowane z drewna juŜ wysuszonego do takiej wilgotności,
w jakiej będzie ono uŜytkowane.

–

Gęstość drewna zaleŜy od jego wilgotności i rodzaju drzewa, z którego jest otrzymane.

–

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

–

Wytrzymałość  i  twardość drewna na ściskanie, rozciąganie, zginanie, ścinanie zaleŜy do
kąta  działania  siły  w  stosunku  do  włókien,  twardość  drewna  największa  jest  w  jego
przekroju  poprzecznym.  Wytrzymałość  i  twardość  drewna  maleje  ze  wzrostem
wilgotności.

–

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,  zaleŜna  jest  od  gatunku  drewna  i  warunków
zewnętrznych,  w  jakich  drewno  jest  wykorzystywane.  Długą  trwałość  wykazuje  drewno
znajdujące się pod dachem, znacznie mniejszą drewno naraŜone na działanie czynników
atmosferycznych  lub  na  przemienny  wpływ  powietrza  i  wody,  co  ma  miejsce  podczas
uŜytkowania  instrumentów  muzycznych.  Drewno  w  całości  zanurzone  w  wodzie  moŜe
przetrwać bardzo długi okres.

Higroskopijne właściwości drewna

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

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

Znajdującą się w drewnie ilość wody określa się wskaźnikiem wilgoci. Oblicza się go

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

100

⋅

[%]

(1)

Wilgotność drewna moŜna teŜ określić jako róŜnicę 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 0 do ponad

100%.  Suche  drewno  chłonie  wodę  (w  postaci  pary)  z  otoczenia  do  granicy  pełnego
nasycenia, czyli dotąd aŜ ciśnienie pary wodnej we wnętrzu substancji drzewnej zrównowaŜy
się  z ciśnieniem  pary  wodnej  w  otaczającym  powietrzu.  Górna  granica  chłonności  pary
wodnej  przez  substancję  drzewną  nosi  nazwę  granicy  higroskopijności.  Woda,  która  została

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

wchłonięta  do  tej  granicy  to  tak  zwana  woda  związana  lub  inaczej  higroskopijna.  PowyŜej
granicy  higroskopijności,  czyli  powyŜej  punktu  nasycenia  włókien,  dalsza  ilość  wody  moŜe
się 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 cięŜaru właściwego drewna.

Wraz ze wzrostem zawartości wody wchłoniętej przez drewno w zakresie higroskopijnym

(woda  związana)  substancja  drzewna  pęcznieje.  Gdy  drewno  wysycha,  następuje  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.

ŚwieŜo ścięte drewno zawsze bywa wilgotniejsze, niŜ 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 zróŜnicowane i w zaleŜności od gatunku drewna zmieniają się
w granicach:

–

w kierunku wzdłuŜnym:

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 [2, s. 37–42].

Akustyczne właściwości drewna.

Mianem akustycznych własności drewna określa się cechy wywierające wpływ na

przebieg  zjawisk  dźwiękowych  w  drewnie.  Decydują  one  o  moŜliwościach  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 Ŝywicznych, ponadto wilgotność i temperatura. Procesy
technologiczne, takie jak klejenie i wykańczanie powierzchni, zmieniają w duŜym stopniu
akustyczne własności drewna.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Identyfikacja wybranych gatunków drewna liściastego i iglastego

W celu określenia gatunku drewna naleŜy określić ich charakterystyczne cechy

rozpoznawcze.

Tabela 1. Charakterystyka wybranych gatunków drewna

Gatunek

Cechy charakterystyczne

Przykładowe zastosowania

Sosna

Barwa bielu jasnoŜółta, barwa
twardzieli czerwonobrunatna, drewno
późne dość szerokie, granice słojów
bardzo wyraźne. Liczne przewody
Ŝywiczne, duŜe
i wyraźnie widoczne. Sęki ciemne,
Ŝywiczne o roŜnych kształtach
i wymiarach. Drewno średnio cięŜkie.

Drewno sosny zwyczajnej odznacza się
dobrymi właściwościami
fizykomechanicznymi. Dzięki swym
właściwościom mechanicznym, łatwości
obróbki narzędziami tnącymi i małemu
cięŜarowi objętościowemu znajduje
wszechstronne zastosowanie w róŜnych
dziedzinach gospodarki.
W przemyśle instrumentów muzycznych
stosowana do wyrobu elementów
korpusów gitar akustycznych (sosna
oregońska)

Świerk

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

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

Dąb

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

Drewno stosowane między innymi
w przemyśle meblarskim, do produkcji
oklein, słuŜy do wyrobu elementów
instrumentów muzycznych – elementy
pudeł rezonansowych instrumentów
strunowych, korpusy membranowych
instrumentów perkusyjnych.

Jesion

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

Stosowane do wytwarzania elementów
instrumentów muzycznych – elementy
pudeł rezonansowych instrumentów
strunowych, lite korpusy gitar
elektrycznych.

Buk

Drewno białe z odcieniem róŜowym.
Często występuje szarobrunatna
fałszywa twardziel. Słoje widoczne,
promienie rdzeniowe na przekroju
podłuŜnym promieniowym w postaci
wstąŜeczek, na przekroju podłuŜnym
stycznym w postaci soczewek. Drewno
bukowe jest cięŜkie, twarde, łupliwe
,łatwe do obróbki skrawaniem.

Stosowane do wytwarzania elementów
instrumentów muzycznych –
podstrunnice gitar akustycznych,
korpusy membranowych instrumentów
perkusyjnych, perkusyjne instrumenty
samobrzmiące (klawesy)

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Lipa

Drewno białe, lekko połyskujące,
z odcieniem róŜowym lub Ŝółtawym.
Słoje widoczne promienie rdzeniowe
niewidoczne na przekroju podłuŜnym
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 – lite
korpusy gitar elektrycznych, korpusy
rezonansowe gitar akustycznych (lipa
amerykańska).

Jawor

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

Stosowane do wytwarzania elementów
instrumentów muzycznych – elementy
korpusów rezonansowych instrumentów
smyczkowych,

Klon

Drewno barwy białej z Ŝółtym
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, cięŜkie, elastyczne

Stosowane do wytwarzania elementów
instrumentów muzycznych – elementy
korpusów rezonansowych instrumentów
smyczkowych, korpusy fagotów, gryfy
gitar

Grusza

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

Stosowane do wyrobu elementów,
instrumentów muzycznych – korpusy
fletów prostych

Orzech czarny

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

UŜywane jest do wyrobu oklein, mebli,
instrumentów muzycznych.

Wiśnia

Drewno zróŜnicowane na biel i
twardziel, biel róŜowawy, twardziel
brązowo-czerwona; drewno średnio
cięŜkie i mało twarde.

Stosowane do wytwarzania elementów
instrumentów muzycznych.

Mahoń

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

Stosowane do wytwarzania elementów
instrumentów muzycznych – elementy
korpusów rezonansowych instrumentów
strunowych, szyjki instrumentów
strunowych,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Heban

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

Czarne klawisze w fortepianach,
korpusy instrumentów dętych
drewnianych.

Palisander

W zaleŜności od gatunku barwa drewna
o kolorze jasno czerwonym ciemno
czerwonym lub brązowym. Drewno
cięŜkie i twarde.

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

Mpingo – grenadilla

Drewno wąskosłoiste, twarde, cięŜkie.
Barwa ciemnobrązowa.

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

Wady drewna

Wady drewna to róŜne nieprawidłowości jego budowy oraz niektóre cechy naturalne

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

Do waŜniejszych wad drewna zalicza się:

−

Sęki – pozostałości po gałęziach. Sęki zmniejszają wytrzymałość mechaniczną, zakłócają
przebieg włókien i usłojenia, utrudniają obróbkę mechaniczną. Występują w róŜnych
kształtach i wymiarach. Ze względu na spójność z otaczającym drewnem rozróŜnia się
sęki zdrowe, nadpsute i zepsute.

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

c – sęk podłuŜny, d – sęki skrzydlate [2, s. 18]

−

Pęknięcia – tworzą się w wyniku rozerwania tkanki drzewnej wzdłuŜ włókien i cewek.
Pęknięcia są najczęstszymi wadami występującymi w tarcicy, mają róŜne kształty
i rozmiary.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 7. Pęknięcia w tarcicy: a – podłuŜne, b, c – okręŜne [2, s. 18]

−

Wady  budowy  drewna  –  to  odchylenie  od  jego  regularnej  budowy,  obniŜające  jego
wytrzymałość,  utrudniające  obróbkę,  zmniejszające  walory  estetyczne  drewna.  Do
waŜniejszych  wad  budowy  drewna  zalicza  się:  skręt  i  zawiły  przebieg  włókien,
nierównomierną  szerokość  słojów  rocznych,  pęcherze  Ŝywiczne,  mimośrodowość
rdzenia, wielordzenność.

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

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

−

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
Ŝywiczne.

−

PoraŜenia  drewna  przez  grzyby  pasoŜytnicze.  Uszkodzenia  te  występują  zarówno
w drzewach  rosnących,  jak  równieŜ  w  drewnie  juŜ  przetartym  a  takŜe  w  trakcie
uŜytkowania wyrobów wykonanych z drewna. NajpowaŜniejsze wady wywoływane przez
grzyby pasoŜytnicze to zgnilizna twarda, która wywołuje zmiany barwy drewna, zwiększa
nasiąkliwość  oraz  obniŜa  wytrzymałość  i  twardość  drewna  oraz  zgnilizna  miękka,  która
całkowicie niszczy strukturę drewna.

−

Uszkodzenia  drewna  spowodowane  przez  szkodniki  drewna.  Uszkodzenia  te  powstają
w wyniku  drąŜenia  przez  owady  chodników  w  drewnie.  RozróŜnia  się  chodniki  małe
(o średnicy  do  3  mm)  i  chodniki  duŜe  (powyŜej  3  mm  średnicy)  oraz  płytkie  (3–5  mm)
i głębokie (powyŜej 5 mm)

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Szczegółowy opis wad drewna zawiera Polska Norma PN-EN 844-9:2002

Sortymenty drewna naturalnego

Tarcica – jest to prefabrykat uzyskany w wyniku wzdłuŜnego przetarcia (przecięcia)

drewna  okrągłego.  Tarcica  iglasta  i  liściasta  produkowana  jest  w  dwóch  grupach:  tarcica
ogólnego  przeznaczenia  i  tarcica  specjalnego  przeznaczenia.  W  zaleŜności  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]

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  róŜnym  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. s17–24]

Sortymenty tworzyw drzewnych

Tworzywa drzewne zbudowane są z przetworzonego drewna naturalnego, często drewno

poddawane jest rozdrobnieniu a następnie spajaniu za pomocą kleju.

Płyty stolarskie – są tworzywem złoŜonym z grubej warstwy środkowej oklejonej

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

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

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

Płyty typu MDF – produkowane są w 3 odmianach: MDF, LDF, HDF, róŜniącymi się

gęstością. MDF – Medium Density Fibreboard – płyty średniej gęstości. LDF – Light Density
Fibreboard  –  płyty  o  zmniejszonej  gęstości.  HDF  –  Hight  Density  Fibreboard  –  płyta
charakteryzująca się duŜą twardością i podwyŜszoną gęstością. Płyty typu MDF są produktami
drewnopochodnymi,  powstają  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

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

przekroju, dzięki czemu posiada doskonałą obrabialność mechaniczną w procesie skrawania.
– Płyty te są szeroko stosowane do wykonywania obudów kolumn głośnikowych ze względu
na korzystne właściwości akustyczne związane z pochłanianiem i rozpraszaniem fal
akustycznych, nie wprowadzanie rezonansów własnych oraz łatwość obróbki mechanicznej.

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

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

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

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

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.1.2. Pytania sprawdzające

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

Jakie rozróŜniamy przekroje w drewnie pnia?

Jakie elementy struktury mikroskopowej drewna moŜesz wymienić?

Jaką rolę pełnią naczynia i cewki w rosnącym drzewie?

Jaką rolę pełnią promienie rdzeniowe w rosnącym drzewie?

Jakie rozróŜniasz elementy budowy makroskopowej drewna?

Jakie znasz właściwości fizyczne drewna?

Jakie znasz sortymenty tarcicy?

Jakie znasz rodzaje tworzyw drzewnych?

Jak zbudowane są sklejki i płyty MDF?

10.

Jakie gatunki drewna wykorzystywane są do budowy instrumentów muzycznych?

4.1.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Dokonaj analizy makroskopowej i mikroskopowej próbki drewna.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,

przeanalizować treści zawarte w ćwiczeniu,

zapoznać się z cechami charakterystycznymi budowy mikroskopowej i makroskopowej
drewna,

przeprowadzić obserwację struktury makroskopowej drewna za pomocą oceny
wzrokowej, z ewentualnym uŜyciem lupy powiększającej 5–10-krotnej,

zapisać i zanalizować wyniki obserwacji,

przeprowadzić obserwację struktury mikroskopowej drewna za pomocą mikroskopu
laboratoryjnego przy powiększeniach 25, 50 i 100 krotnych,

zapisać i zanalizować wyniki obserwacji.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

zeszyt przedmiotowy,

–

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

Na podstawie obserwacji makroskopowych zidentyfikuj gatunek drewna.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,

przeanalizować treści zawarte w ćwiczeniu,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

zapoznać się z cechami charakterystycznymi wyglądu poszczególnych gatunków drewna

przyporządkować odpowiednie próbki do właściwego gatunku drewna,

zapisać wyniki i porównać z prawidłowymi odpowiedziami.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

zeszyt przedmiotowy,

–

próbki róŜnych gatunków drewna,

–

lupa powiększająca 5–10 krotna,

–

katalog z fotografiami powierzchni gatunków drewna.

Ćwiczenie 3

Dokonaj oceny jakości drewna.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,

przeanalizować treści zawarte w ćwiczeniu,

zapoznać się z cechami charakteryzującymi jakość drewna,

przeprowadzić ocenę jakości próbek drewna,

zapisać i zanalizować wyniki obserwacji.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

zeszyt przedmiotowy,

–

próbki drewna do oceny jakościowej,

–

lupa powiększająca 5–10-krotna,

–

plansze ilustrujące wady drewna.

4.1.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

zdefiniować pojęcia: przekrój poprzeczny, podłuŜny promieniowy,
podłuŜny styczny?

zdefiniować pojęcia: komórka roślinna, naczynia, cewki, miękisz
drzewny?

rozpoznać elementy budowy mikroskopowej drewna?

rozpoznać elementy budowy makroskopowej drewna?

określić właściwości higroskopijne drewna?

określić cechy charakterystyczne róŜnych gatunków drewna?

rozróŜnić sortymenty drewna i tworzyw drzewnych?

ocenić jakość drewna?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.2. Właściwości

zastosowanie

metali

wytwarzania

instrumentów muzycznych

4.2.1. Materiał nauczania

Zastosowanie metali w konstrukcji instrumentów muzycznych

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 Ŝelaza z węglem.

Metale znajdują się w konstrukcji niemal wszystkich istniejących rodzajów instrumentów

muzycznych,  ale  ich  udział  jest  bardzo  zróŜnicowany.  W  instrumentach  strunowych  metale
stosowane  są  często  w  mechanizmach  mocujących  i  napinających  struny.  Struny  tych
instrumentów  obecnie  są  równieŜ  w  większości  wykonane  z  materiałów  metalowych,  choć
spotykane  są  równieŜ  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.

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, gdzie z metalu wykonane są
korpusy instrumentów oraz cała mechanika – klapy, dźwignie, słupki, spręŜynki, 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 wyroby instrumentów

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

W organach piszczałkowych – piszczałki w zdecydowanej większości równieŜ są

wykonane z metalu.

Do wyrobu instrumentów muzycznych stosowane są Ŝeliwa (na przykład ramy

fortepianów  i  pianin),  stale  (na  przykład  struny,  elementy  mechanizmów  w  fortepianach,
spręŜyny, elementy mechanizmów instrumentów dętych blaszanych i drewnianych), mosiądze
(na przykład korpusy instrumentów dętych blaszanych i saksofonów, pedały i drąŜki 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 wyŜszej klasy, do posrebrzania klap
i mechanizmów  w  instrumentach  dętych),  złoto  (do  pokrywania  lub  wykonywania  korpusów
fletów  najwyŜszej  klasy,  pozłacania  mechanizmów  w  instrumentach  dętych).  PowyŜsze
przykłady  nie  wyczerpują  moŜliwych  zastosowań  metali  i  ich  stopów  do  wytwarzania
instrumentów  dętych.  Więcej  informacji  na  ten  temat  uzyskasz  podczas  realizacji  treści
programowych  zawartych  w  jednostce  modułowej  311[18].Z2.02  „Projektowanie  procesów
technologicznych”.  W  jednostce  tej  będą  opracowywane  procesy  technologiczne  obróbki,
z uwzględnieniem konkretnego gatunku materiału konstrukcyjnego.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Właściwości fizyczne metali

−

Gęstość właściwa [kg/m

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

do 3000 kg/m

na przykład aluminium oraz metale cięŜkie o gęstości większej niŜ

3000 kg/m

. Przykładowo średnia gęstość aluminium to 2750 kg/m

a stali 7850 kg/m

−

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

−

Rozszerzalność temperaturowa metali – polega 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 wyraŜane są w

-1

−

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

−

Przewodność elektryczna metali – wszystkie metale przewodzą prąd elektryczny,
poniewaŜ cała objętość metalu wypełniona jest chmurą elektronów swobodnych.

−

Własności magnetyczne. Silne właściwości magnetyczne wykazuje Ŝelazo, kobalt i nikiel
– metale te naleŜą 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  zróŜnicowana.
Większość  metali  utlenia  się  ale  tempo  utleniania  jest  róŜne.  Sód  utlenia  się  bardzo
szybko,  duŜo  wolniej  utlenia  się  Ŝelazo  i  miedź.  Metale  szlachetne  reagują  chemicznie
w stopniu  niewielkim  (srebro)  lub  nie  wykazują  oznak  reakcji  z  otoczeniem  się  (złoto,
platyna)

−

Własności mechaniczne – to zdolność do materiałów do przeciwstawiania się róŜnym
obciąŜeniom. W badaniach własności wytrzymałościowych określa się zaleŜności między
siłą działającą na metal, a skutkami, które to działanie wywołuje. Własności mechaniczne
metali i ich stopów są w wysokim stopniu zróŜnicowane. Dobierając odpowiednio skład
chemiczny stopów metali moŜna wpływać na ich wytrzymałość statyczną, dynamiczną,
wytrzymałość zmęczeniową, twardość materiału i inne własności fizyczne.

Stale

Podstawowym składnikiem stali jest Ŝelazo. Pierwiastek ten w formie technicznie czystej

nie jest stosowany ze względu na niskie własności mechaniczne. śelazo występuje w dwóch
odmianach alotropowych oznaczanych jako Ŝelazo

i Ŝelazo

γ.

dmiana Ŝelaza

krystalizuje w sieci przestrzennie centrycznej A2 (rys. 13).

Komórka

A2 jest sześcianem, w którym atomy są rozmieszczone na naroŜach i w środku sześcianu.
Odmiana ta jest trwała w temperaturze do 768

śelazo

krystalizuje w sieci płasko centrycznej A1. Komórka A1 jest sześcianem,

w którym atomy są rozmieszczone na naroŜach i na środkach ścian. Ta odmiana Ŝelaza
występuje w zakresie temperatur 910–1400

Rys. 13. a) Siatka krystaliczna Ŝelaza

(Komórka A2) b) Siatka krystaliczna Ŝelaza

(Komórka A1)

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

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

przekraczającej  2,11%,  co  odpowiada  granicznej  rozpuszczalności  węgla  w  Ŝelazie.  (Stopy
o wyŜszej  zawartości  węgla  to  Ŝeliwa).  Stal  otrzymuje  się  z  surówki  (będącej  produktem
redukcji rudy Ŝelaza w piecu hutniczym) w procesie świeŜenia, w którym z surówki usuwane
są  składniki  niepoŜądane  głównie  poprzez  utlenianie  tlenem  atmosferycznym  lub  przez
dodanie do wytapianej mieszaniny tlenków.

Węgiel w stopach z Ŝelazem moŜe występować w postaci węgla czystego – grafitu lub

węglika Ŝelaza Fe

C zwanego cementytem. Cementyt jest składnikiem bardzo twardym

i kruchym.

Stal w swoim składzie oprócz Ŝelaza i węgla zawiera równieŜ inne składniki. Do

poŜądanych 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 zaleŜności 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 powyŜej wielkości granicznej –
podanej w normach) o właściwościach decydują jej składniki stopowe.

ZaleŜność pomiędzy strukturą stali węglowej i Ŝeliwa a zawartością węgla ilustruje

wykres  równowagowy  Ŝelazo  –  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  Ŝelaza
z węglem, w zaleŜności od temperatury i zawartości węgla.

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 Ŝelaza
i węgla)

l –

Ciecz + Fe

m – δ + γ
n –

∆

o –

γ + ciecz

Rys. 14 Wykres Ŝelazo – węgiel

Objaśnienia pojęć:

−

Eutektyka  –  mieszanina  dwóch  lub  więcej  faz  krystalicznych  o  określonym  składzie,
która  wydziela  się  z  roztworów  ciekłych  lub  stopów  w  określonej  temperaturze,  zwanej
temperaturą  eutektyczną.  Jest  ona  na  ogół  znacznie  niŜsza  od  temperatury  krzepnięcia
czystych składników.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

−

Austenit – roztwór stały węgla w Ŝelazie γ. W czystych stopach Ŝelaza z węglem jest
trwały w temperaturze powyŜej 723°C.

−

Ferryt – roztwór stały węgla w Ŝelazie α. Jako samoistny składnik strukturalny występuje
w niskowęglowych stalach.

−

Perlit – mieszanina eutektoidalna ferrytu i cementytu, powstająca w temperaturze 723°C
podczas chłodzenia austenitu.

−

Cementyt (węglik Ŝelaza Fe3C) zawiera 6,67% węgla.

−

Bainit – mieszanina ferrytu i cementytu, powstająca w wyniku izotermicznej przemiany
austenitu przechłodzonego do temperatury 550–400°C

−

Ledeburyt – mieszanina eutektyczna austenitu i cementytu, trwała w temperaturze 1147–
723°C. Podczas chłodzenia, w temperaturze 723°C wskutek rozpadu austenitu powstaje
tak zwany ledeburyt przemieniony, składający się z perlitu i cementytu wtórnego.
Z analizy wykresu wynika, Ŝe wraz ze wzrostem udziału węgla struktura stopu Ŝelaza

z węglem przybiera odmienne formy:

−

przy bardzo niewielkiej domieszce węgla, poniŜej 0,0218% udaje się uzyskać niemal
czyste Ŝelazo α zwane ferrytem,

−

przy domieszce 0,77% węgla uzyskuje się perlit będący mieszaniną eutektoidalną ferrytu
i cementytu,

−

przy domieszce węgla 2,0%, w krzepnącym stopie, powstaje ledeburyt, a temperaturach
poniŜej 723°C ledeburyt przemieniony. Ledeburyt jest eutektyką,

−

przy zawartościach węgla pomiędzy 0,0218% a 0,77% otrzymuje się stopy
podeutektyczne (stale podeutektoidalne), które są mieszaninami ferrytu i perlitu,

−

stopy w zakresie 0,77% do 2,11% – stale nadeutektoidalne – są mieszaninami perlitu,
cementytu lub grafitu i ledeburytu,

−

powyŜej 2,11% – Ŝeliwa, są mieszaninami cementytu lub grafitu i ledeburytu.

Więcej informacji na temat klasyfikacji i właściwości stali oraz sposobu interpretacji

wykresu Ŝelazo – węgiel znajdziesz w literaturze [4]

Przykłady zastosowania stali w budowie instrumentów muzycznych
SpręŜyny

W instrumentach dętych blaszanych stosowane są spręŜyny śrubowe, znajdują się one

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

Stale do wytwarzania spręŜyn to stale spręŜynowe. Są one stalami węglowymi

zawierającymi  0.6%–0,85%  węgla  lub  stalami  niskostopowymi  zawierającymi  dodatki
krzemu,  manganu,  chromu  i  wanadu.  Większość  stali  spręŜynowych  charakteryzuje  się
podwyŜszoną  zawartością  krzemu,  która  normalnie  jest  niepoŜądanym  zanieczyszczeniem.
W tych  jednak  zastosowaniach  jest  dodatkiem  wymaganym,  obniŜającym  plastyczność  stali.
Popularna  nazwa  grup  stali  do  wykonywania  spręŜyn  płaskich  i  o  przekroju  okrągłym  do
instrumentów muzycznych to „blue steel”, ze względu na kolor stali po obróbce cieplnej.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 15. Stalowa spręŜyna śrubowa, stosowana w mechanizmie wentylowym trąbki

Struny stalowe

Struny 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
moŜliwość  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 powyŜej 1600 MPa. Tą metodą wytwarza się drut fortepianowy,
uŜywany do produkcji strun.

śeliwo

śeliwo – jest to stop odlewniczy Ŝelaza z węglem, krzemem, manganem, fosforem, siarką

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

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

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

W zaleŜności od postaci węgla zawartego w Ŝeliwie rozróŜniamy:

−

śeliwo białe – węgiel jest związany w postaci cementytu. śeliwo to jest twarde i bardzo
kruche.

−

śeliwo szare – węgiel występuje w postaci grafitu. Materiał ten jest miękki i łatwo
obrabialny. Odlewy z Ŝeliwa szarego odznaczają się dobrą wytrzymałością na ściskanie.

−

śeliwo ciągliwe – powstaje przez wyŜarzanie w atmosferze utleniającej lub obojętnej
Ŝeliwa białego. śeliwo to charakteryzuje się większą udarnością niŜ Ŝeliwo białe.

−

śeliwa modyfikowane i sferoidalne – cechują się podwyŜszoną wytrzymałością na
rozciąganie oraz ciągliwością

Przykłady zastosowania Ŝeliw w budowie instrumentów muzycznych

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

są z szarego Ŝeliwa ciągliwego. Taki materiał odróŜnia się od stali i innych metali niską ceną
(co jest istotne przy masie ramy w granicach 100–200 kg), zdolnością przyjmowania
w odlewie złoŜonych kształtów, właściwością tłumienia drgań i wytrzymałością na statyczne
obciąŜenia ściskające. Forma i rozmiar ramy określone są przez kształt instrumentu, jego
wymiary i rozplanowanie naciągu strunowego.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 16. Rama fortepianu wykonana z Ŝeliwa i polakierowana na złocisty kolor

Mosiądz

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

zawierać takŜe dodatki takich metali jak ołów, aluminium, cyna , mangan, Ŝelazo i chrom oraz
krzem. Topi się w temperaturze ok. 1000°C (zaleŜnie od składu stopu).

Mosiądz ma kolor Ŝółty (złoty), lecz przy mniejszych zawartościach cynku zbliŜa się do

naturalnego koloru miedzi. Stop ten jest odporny na korozję, ciągliwy, podatny na obróbkę
plastyczną. Posiada dobre właściwości odlewnicze.

Ze względu na wymienione właściwości waŜnym 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.

Rys. 17. Trąbka i saksofon – korpusy wykonane ze stopów mosiądzu

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.

Rys. 18. Fragment mechanizmu w klarnecie

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Brąz

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

ołowiowe, fosforobrązy (brązy z dodatkiem fosforu) i inne. Brązy topią się w temperaturze
860–1060°C (zaleŜnie od składu stopu).

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 odpowiedni około 8 i 20% cyny.
Dokładny skład chemiczny stopów wykorzystywanych do wykonywania instrumentów
muzycznych objęty jest tajemnicą producenta.

Rys. 19. Gong perkusyjny (z lewej) i dzwony rurowe

Nikiel

Nikiel jest srebrzystobiałym, połyskującym metalem, trudno korodującym i odpornym na

ścieranie. Stosuje się go do tworzenia połyskujących powłok galwanicznych na powierzchni
elementów instrumentów muzycznych.

Srebro

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

charakteryzuje się lśniącym połyskiem, daje się łatwo polerować. Gęstość srebra to
10490 kg/m

. W powietrzu na powierzchni stopniowo matowieje wskutek powstawania na

powierzchni ciemnego nalotu z siarczku srebra. Temperatura topnienia srebra to 960°C.
Ze  srebra  wykonywane  są    korpusy  fletów  wysokiej  klasy.  Często  ze  srebra  wykonuje  się
tylko  główki  fletów.  Metal  ten  wykorzystywany  jest  powszechnie  do  pokrywania
mechanizmów  w instrumentach  dętych  drewnianych.  Do  wytwarzania  korpusów  fletów
wykorzystuje się równieŜ stop GS składający się z 90% srebra i 10% złota.

Złoto

Złoto – metal szlachetny – bardzo miękki, kowalny i ciągliwy, charakteryzuje się

lśniącym Ŝółtym połyskiem. Jest metalem o duŜej gęstości – wynoszącej 19300 kg/m

Temperatura  topnienia  wynosi  1064°C.  Złoto  bardzo  dobrze  przewodzi  prąd  i  ciepło.  Jest
mało  aktywne  chemicznie,  w  temperaturze  pokojowej  wykazuje  odporność  na  działanie
większości  kwasów.  Roztwarza  się  w  wodzie  królewskiej  (mieszanina  stęŜonego  kwasu:
chlorowodorowego i azotowego) 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 ze względu na lepsze
własności mechaniczne takich stopów i ich niŜszą cenę.

W zaleŜności od zawartości złota w stopie rozróŜnia się sześć prób złota. Złoto pierwszej

próby zawiera 96% złota, złoto szóstej (ostatniej) próby zawiera 33,3% złota.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Złoto wykorzystuje się do pozłacania korpusów instrumentów dętych blaszanych

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

Rys. 20. 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 duŜej gęstości – 21090 kg/m³. W postaci czystej o barwie

srebrzystobiałej. Jest metalem kowalnym i łatwo ciągliwym.

Platyna wykorzystywana jest do pokrywania korpusów fletów wysokiej jakości. Stosuje

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

Stopy lutownicze

Do łączenia elementów instrumentów dętych blaszanych oraz saksofonów uŜywa się

lutowania twardego. Lutowanie to odbywa się w temperaturze powyŜej 550°C.

W lutowaniu twardym spoinę tworzą stopy o róŜnorodnym składzie chemicznym. Rodzaj

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

Tabela 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”

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

Rodzaj metalu

Przykłady zastosowania w budowie instrumentów muzycznych

Stopy metali Ŝelaznych

śeliwo

Ramy fortepianów i pianin

Stopy Ŝelaza z
węglem i innymi
składnikami

Stale

Instrumenty strunowe: struny stalowe, mechanizmy mocujące
i napinające struny, elementy mechanizmów w fortepianach
i pianinach.
Instrumenty dęte: spręŜyny, mechanizmy wentylowe, elementy
mechanizmów instrumentów dętych drewnianych (śruby, wkręty,
sworznie).
Instrumenty perkusyjne: dzwonki, wibrafony, osprzęt instrumentów
perkusyjnych.

Metale nieŜelazne 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 spręŜyn 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 obciąŜników do wywaŜania i regulacji
mechanizmów w fortepianach i pianinach.

Spoiwa

Stopy cynowo –
ołowiowe, cynowe,
mosięŜne

Do łączenia elementów instrumentów dętych blaszanych oraz
niektórych instrumentów dętych drewnianych (flety, saksofony).

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 poradniku do
jednostki modułowej 311[18]Z3.05 „Projektowanie i wykonywanie elementów instrumentów
muzycznych”.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.2.2. Pytania sprawdzające

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

Jakie wspólne cechy są charakterystyczne dla kaŜdego metalu?

Jakie są właściwości fizyczne metali?

Jakie informacje są zawarte w równowagowym wykresie Ŝelazo – węgiel?

Jakie znasz składniki strukturalne stopów Ŝelaza z węglem?

Jakie znasz odmiany stali i Ŝeliw?

Jaki jest podstawowy skład chemiczny brązów i mosiądzów?

Jaka jest odporność chemiczna poszczególnych rodzajów metali i ich stopów?

Jakie zastosowanie w budowie instrumentów znajduje stal i Ŝeliwo?

Jakie zastosowanie w budowie instrumentów znajdują stopy metali nieŜelaznych?

10.

Jakie są przykładowe zastosowania metali szlachetnych do budowy instrumentów
muzycznych?

4.2.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Zidentyfikuj rodzaj metalu na podstawie obserwacji jego właściwości fizycznych.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,

przeanalizować treści zawarte w ćwiczeniu,

zapoznać się z właściwościami fizycznymi róŜnych metali Ŝelaznych i nieŜelaznych i ich
stopów,

przyporządkować odpowiednie próbki do właściwego rodzaju metalu,

zapisać wyniki i porównać z prawidłowymi odpowiedziami.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

zeszyt przedmiotowy,

–

próbki róŜnych rodzajów metali z opisem ich cech charakterystycznych,

–

katalog stali, Ŝeliw, metali nieŜelaznych.

Ćwiczenie 2

Określ odporność na warunki atmosferyczne róŜnych rodzajów stali i metali

nieŜelaznych.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,

przeanalizować treści zawarte w ćwiczeniu,

zapoznać się z właściwościami chemicznymi róŜnych metali Ŝelaznych i nieŜelaznych
i ich stopów,

podzielić próbki na dwie jednakowe grupy,

pierwszą grupę próbek zanurzyć próbki metali w wodzie na kilka dni (kaŜda próbka
w osobnym naczyniu),

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

drugą grupę próbek pozostawić na wolnym powietrzu,

po kilku dniach zaobserwować zmiany, jakie zaszły na powierzchni próbek metalu,

zapisać wyniki i wyciągnąć wnioski.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

zeszyt przedmiotowy,

–

próbki róŜnych rodzajów metali,

–

naczynia szklane do zanurzenia próbek,

–

lupa do obserwacji nalotu na powierzchni próbek,

–

katalog stali, Ŝeliw, metali nieŜelaznych.

Ćwiczenie 3

Zidentyfikuj metal z którego została wykonana próbka oraz wskaŜ elementy

instrumentów muzycznych wykonane z takiego materiału.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,

przeanalizować treści zawarte w ćwiczeniu,

zapoznać się z zastosowaniem metali do budowy instrumentów muzycznych,

zidentyfikować rodzaj metalu, z którego wykonana jest dana próbka,

określić moŜliwe zastosowania metalu do budowy elementów instrumentu muzycznego,

zapisać wyniki i wyciągnąć wnioski.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

zeszyt przedmiotowy,

–

próbki róŜnych rodzajów metali,

–

elementy instrumentów muzycznych wykonane z metalu,

–

katalogi instrumentów muzycznych.

4.2.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

określić właściwości fizyczne metali?

zdefiniować pojęcia: stal węglowa, stal stopowa, Ŝeliwo?

określić główne składniki stopowe stali stopowej?

posłuŜyć się wykresem równowagowym Ŝelazo – węgiel?

określić składniki strukturalne stopów Ŝelaza z węglem?

określić ogólny skład stopów mosiądzu i brązu?

określić zastosowanie stali i Ŝeliw do budowy instrumentów?

określić zastosowanie stopów metali nieŜelaznych do budowy
instrumentów?

podać przykłady zastosowania poszczególnych rodzajów metali
i stopów metali do budowy instrumentów muzycznych?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3.

Właściwości i zastosowanie tworzyw sztucznych i innych
materiałów do wytwarzania instrumentów muzycznych

4.3.1. Materiał nauczania

Ogólny podział tworzyw sztucznych

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 odróŜnieniu 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  słuŜące  jako
materiały  konstrukcyjne  –  inaczej  nazywane  sztucznymi  metalami.  Niektóre  duromery
zastępują teŜ materiały ceramiczne.

−

Plastomery – popularnie zwane termoplastami są mniej sztywne od duromerów. Topią sie
pod wpływem wysokiej temperatury. Dzięki temu moŜna je przetwarzać poprzez topienie
i wtryskiwanie do form lub wytłaczanie. W ten sposób moŜna z nich uzyskać wyroby
o bardzo skomplikowanych kształtach. Plastomery stosowane są zamiast drewna
i niekiedy zamiast metalu.

−

Elastomery  –  tworzywa,  które  moŜna  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,
znalazły teŜ szereg nowych zastosowań niedostępnych dla zwykłego kauczuku.
Ze względu na swe właściwości tworzywa sztuczne są coraz częściej wykorzystywane do

budowy instrumentów muzycznych.

Właściwości fizyczne tworzyw sztucznych

PoniŜej podano najwaŜniejsze i wspólne dla większości tworzyw sztucznych właściwości

fizyczne:

−

niska gęstość (890–2250 kg/m3)

−

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,

−

dobre tłumienie drgań,

−

moŜliwość barwienia niektórych tworzyw na dowolny kolor.

Zastosowanie tworzyw sztucznych w konstrukcji instrumentów muzycznych
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.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 21.Ustnik do klarnetu wykonany z ebonitu

Tworzywo ABS

Tworzywo ABS – tworzywo sztuczne o gęstości 1040 kg/m3. Otrzymywane jest

w procesach polimeryzacji. Tworzywo ABS posiada dobre własności udarnościowe, wysoką
twardość oraz odporność na zarysowania.

Ze względu na swe własności tworzywa z grupy tworzyw 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 niŜszej klasy – czyli szkolne.

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

PoniŜej przedstawiono klarnet C Lyons skonstruowany specjalnie dla najmłodszych

klarnecistów.  Ze  względu  na  bardzo  niską  masę  i  mniejsze  rozmiary  w  porównaniu  ze
standardowym klarnetami B, na klarnecie tym naukę gry mogą rozpocząć dzieci juŜ w wieku
7 lat.  Instrument  ten  jest  prawie  w  całości  wykonany  z  tworzyw  sztucznych  –  korpus  ABS,
mechanika  wykonana  jest  z  delrinu  (rodzaj  tworzywa  sztucznego,  polimer  termoplastyczny),
poduszki  –  silikon.  Jedyne  elementy  metalowe  to  spręŜynki  mechanizmu,  ligaturka
i obciąŜniki mające za zadanie wywaŜenie instrumentu.

Rys. 22. Klarnet C Lyons

Z tworzywa ABS wykonywane są równieŜ elementy korpusów gitar klasycznych niŜszej

klasy.

Nylon

Nylon to syntetyczny polimer z grupy poliamidów słuŜący do wytwarzania włókna

syntetycznego o bardzo duŜej 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.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 23. Naciąg perkusyjny do werbla

Gore – tex

Gore – Tex – to znak towarowy naleŜący 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.  Mikrootwory  te  są  większe  niŜ  pojedyncze
molekuły  wody  z  jakich  składa  się  para  wodna  a  jednocześnie  mniejsze  niŜ
wielocząsteczkowe  pakiety  z  jakich  składa  się  woda  w  stanie  płynnym.  UmoŜliwia  to
transport  pary  wodnej  z ośrodka  o  większym  stęŜeniu  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. 24. 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  wciąŜ  nowe  odmiany  tworzyw,  które  mogą
znaleźć  zastosowanie  w  budowie  instrumentów  muzycznych.  Dlatego  omówione  powyŜej
tworzywa  sztuczne  to  jedynie  część  materiałów,  które  słuŜą  do  budowy  instrumentów
muzycznych.

Zastosowanie innych materiałów w konstrukcji instrumentów muzycznych

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

stosuje się równieŜ inne materiały wykonane z surowców naturalnych. Są to filce, skóry,
korek, nici, czy 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  duŜego  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  duŜym  stopniu  zaleŜy  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

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

składowych dźwięku ulega stłumieniu. Im wyŜszy rejestr tym główki młoteczków pokrywane
są twardszym filcem.

Rys. 25. Główki młoteczków fortepianowych

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

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

Skóra

Skóra naleŜy 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.

Rys. 26. Poduszka do saksofonu ze skórzaną membraną (z lewej) oraz ligaturka skórzana do klarnetu

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  równieŜ  spręŜystym  elementem  pośredniczącym  umoŜliwiającym
wciskowe  połączenie  korpusów  instrumentów  drewnianych.  Za  pomocą  korka  łączone
z baryłką  lub  fajką  (w  saksofonach)  są  równieŜ  ustniki  tych  instrumentów.  Z  tego  materiału
wykonywane  są  równieŜ  niektóre  poduszki  do  zakrywania  otworów  w  instrumentach  dętych
drewnianych.

Rys. 27. Płyty z korka (z lewej) oraz tulejka z korka do fajki saksofonu

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3.2. Pytania sprawdzające

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

Jakie są wspólne cechy charakterystyczne dla tworzyw sztucznych?

Jakie znasz rodzaje tworzyw sztucznych stosowanych do budowy elementów
instrumentów muzycznych?

Jakie zalety i wady są charakterystyczne dla tworzyw sztucznych?

Jakie elementy instrumentów muzycznych z poszczególnych grup wykonane są z tworzyw
sztucznych?

Jakie właściwości posiada tworzywo Gore Tex?

Jaką rolę w budowie fortepianów i pianin pełni filc?

Jakie zastosowanie w budowie instrumentów muzycznych posiada skóra naturalna?

Jakie funkcje pełni korek w instrumentach dętych drewnianych?

4.3.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Zidentyfikuj rodzaj tworzywa sztucznego stanowiącego element konstrukcyjny

instrumentu muzycznego.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,

przeanalizować treści zawarte w ćwiczeniu,

zapoznać się z cechami charakterystycznymi poszczególnych rodzajów tworzyw
sztucznych,

przyporządkować odpowiednie próbki do właściwego rodzaju tworzywa sztucznego,

zapisać wyniki i porównać z prawidłowymi odpowiedziami.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

zeszyt przedmiotowy,

–

próbki róŜnych rodzajów tworzyw sztucznych,

–

katalogi tworzyw sztucznych.

Ćwiczenie 2

Zidentyfikuj rodzaj tworzywa, z którego wykonane są próbki oraz wskaŜ elementy

instrumentów muzycznych wykonane z tego materiału.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,

przeanalizować treści zawarte w ćwiczeniu,

zapoznać się z zastosowaniem tworzyw sztucznych i innych materiałów do budowy
instrumentów muzycznych,

zidentyfikować rodzaj materiału, z którego wykonana jest dana próbka,

wskazać elementy instrumentów muzycznych wykonane z takiego samego tworzywa jak
materiał próbki,

zapisać wyniki i wyciągnąć wnioski.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

zeszyt przedmiotowy,

–

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

–

elementy instrumentów muzycznych wykonane z tworzyw sztucznych i naturalnych,

–

katalogi instrumentów muzycznych.

Ćwiczenie 3

Dobierz materiał konstrukcyjny do wykonania zadanego elementu instrumentu

muzycznego.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,

przeanalizować treści zawarte w ćwiczeniu,

określić funkcję, jaką pełni w instrumencie zadany element,

dobrać materiał, z którego moŜna wykonać zadany element instrumentu muzycznego,

zapisać wyniki i wyciągnąć wnioski.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

zeszyt przedmiotowy,

–

elementy instrumentów muzycznych,

–

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

–

katalogi instrumentów muzycznych.

4.3.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

określić podstawowe właściwości fizyczne tworzyw sztucznych?

zdefiniować pojęcia: duromery, plastomery, eleastomery?

określić główne składniki tworzyw sztucznych?

określić przykładowe zastosowania ebonitu w konstrukcji
instrumentów muzycznych?

określić przykładowe zastosowania tworzyw ABS, nylonu, poliestrów
w konstrukcji instrumentów muzycznych?

określić cechy charakterystyczne materiału Gore Tex?

określić wpływ grubości i twardości filcu pokrywającego główkę
młoteczka na barwę dźwięku struny fortepianu?

określić zastosowanie skóry i korka do budowy instrumentów?

dobrać odpowiedni materiał do wytworzenia zadanego elementu
konstrukcyjnego instrumentu muzycznego?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.4.

Obliczenia wytrzymałościowe materiałów do wytwarzania
instrumentów muzycznych

4.4.1. Materiał nauczania

Właściwości mechaniczne materiałów

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,

–

wytrzymałość statyczną, zmęczeniową i udarową,

–

spręŜystość i plastyczność,

–

twardość.
Materiał izotropowy posiada jednakowe właściwości mechaniczne we wszystkich

kierunkach. W materiałach anizotropowych własności mechaniczne zaleŜą od kierunku
działania obciąŜeń.

Drewno ma budowę włóknistą, co powoduje, Ŝe jest materiałem anizotropowym. Przy

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

Drewno wykazuje największą wytrzymałość wzdłuŜ włókien, w kierunku stycznym

i promieniowym wytrzymałość jest wielokrotnie niŜsza. Im większy jest udział promieni
rdzeniowych w drewnie, tym mniejsze jest zróŜnicowanie właściwości mechanicznych, które
głównie uwarunkowane jest równoległym do osi pnia ułoŜeniem komórek.

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

drewna,  natomiast  zmiany  wilgotności  powyŜej  punktu  nasycenia  nie  mają  juŜ  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  obniŜenie
wytrzymałości drewna.

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

wytrzymałość mechaniczna nie zaleŜy od kierunku przyłoŜenia obciąŜenia. Wytrzymałość
metali zaleŜy od ich składu chemicznego i zastosowanej obróbki cieplnej.

Odkształceniem nazywamy zmianę wymiarów lub kształtu wywołane działaniem na

materiał obciąŜeń zewnętrznych. ObciąŜeniem zewnętrznym nazywamy siły lub momenty sił
działające na materiał.

W obliczeniach wytrzymałościowych jako model ciała rzeczywistego przyjmuje się ciało

spręŜysto – plastyczne, które charakteryzuje się następującymi cechami:

−

odkształcalnością – czyli zdolnością do zmiany kształtu lub wymiarów pod wpływem
obciąŜeń zewnętrznych,

−

spręŜystością – czyli zdolnością do odkształceń spręŜystych, czyli takich, które ustępują
po zaprzestaniu działania obciąŜenia,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

−

plastycznością – czyli zdolnością do odkształceń trwałych, czyli takich, które nie znikają
po zaprzestaniu działania obciąŜenia,

−

wytrzymałością – czyli maksymalną wartością obciąŜenia, której przekroczenie powoduje
zniszczenie obciąŜonego ciała poprzez utratę spójności materiału (na przykład
rozerwanie, złamanie).

Proste rodzaje obciąŜenia

Elementy poddawane obciąŜeniom podlegają odkształceniom. ObciąŜenia moŜna

sklasyfikować  w  zaleŜności  od  charakteru  odkształceń,  jakim  ulega  poddany  im  element.
Podstawowe  rodzaje  obciąŜeń  to  rozciąganie,  ściskanie,  zginanie,  ścinanie  i  skręcanie.  Na
poniŜszym rysunku przedstawiono obciąŜenia proste, które występują gdy materiał obciąŜany
jest tylko jednym rodzajem obciąŜenia. Gdy na materiał działają jednocześnie dwa lub więcej
obciąŜeń,  na  przykład  skręcanie  i  zginanie,  to  w  takim  wypadku  występuje  złoŜony  stan
obciąŜeń.

Rys. 28. Podstawowe rodzaje obciąŜeń. a) rozciąganie, b) ściskanie, c) zginanie, d) ścinanie, e) skręcanie

W wyniku działających obciąŜeń i spowodowanego tym odkształcenia w materiale

powstają siły wewnętrzne. Stosunek siły wewnętrznej do przekroju poprzecznego materiału to
napręŜenie średnie. NapręŜenie moŜna rozłoŜyć na działające w kierunku prostopadłym do
powierzchni przekroju S – napręŜenie normalne σ, oraz na działające w kierunku stycznym do
powierzchni – napręŜenie styczne τ.

Rys. 29. NapręŜenia normalne

i styczne

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Jednostką napręŜenia jest paskal [Pa] i jego wielokrotności [kPa], [MPa]. NapręŜenie

jednego paskala wywołuje siła jednego niutona działająca na powierzchnię 1 m

W zastosowaniach technicznych stosuje się najczęściej wielokrotność paskala –

megapaskal [MPa]. NapręŜenie jednego megapaskala to siła jednego meganiutona [MN]
działająca na powierzchnię 1 m

. PoniewaŜ w technice rzadko spotyka się siły rzędu

meganiutonów i pola powierzchni przekrojów obciąŜonych rzędu metrów kwadratowych, to
najczęściej stosuje się modyfikację tej definicji i napręŜenie jednego megapaskala określa się
jako stosunek siły o wartości 1niutona działającej na powierzchnię 1 mm

MPa

NapręŜenia normalne

występują przy rozciąganiu, ściskaniu i zginaniu. NapręŜenia

styczne

występują przy ścinaniu i skręcaniu. NapręŜenie normalne

to stosunek siły

normalnej do pola przekroju. NapręŜenia zginające

to stosunek momentu gnącego do

wskaźnika wytrzymałości przekroju na zginanie.

[MPa]

(3)

[MPa]

(4)

F – siła normalna [N]
S – pole przekroju poprzecznego [mm

]

– moment zginający [Nm]

– wskaźnik wytrzymałości przekroju na zginanie [m

]

NapręŜenia styczne

to stosunek momentu skręcającego do wskaźnika wytrzymałości

przekroju na skręcanie lub stosunek siły tnącej do pola przekroju poprzecznego (

[MPa]

(5)

[MPa]

(6)

– moment skręcający [Nm]

– wskaźnik wytrzymałości na skręcanie [mm

]

– siła tnąca [N]

ZaleŜność pomiędzy obciąŜeniem a odkształceniem

ZaleŜność pomiędzy obciąŜeniem a odkształceniem omówiona będzie na przykładzie

rozciągania. Rozciąganiem występuje, gdy na pręt działają dwie równe co do wartości siły,
skierowane przeciwnie, przyłoŜone do końca prętów i działające wzdłuŜ jego osi.

Rys. 30. Schemat rozciągania pręta

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Pod wpływem obciąŜeń, jakim poddany jest pręt, występuje przyrost jego długości

o wartość

∆

l oraz zmniejszenie średnicy pręta o wartość

∆

D. Wartość

∆

l to wydłuŜenie

bezwzględne pręta, natomiast

∆

D to bezwzględne zmniejszenie jego średnicy. Wartość

wydłuŜenia bezwzględnego zaleŜy od długości początkowej l. Do dokładniejszego opisu
wartości odkształcenia stosowane jest wydłuŜenie względne

. WydłuŜenie względne to

stosunek przyrostu długości do długości początkowej.

∆

[ – ]

(7)

lub

100

⋅

∆

[%]

(8)

ZaleŜność pomiędzy obciąŜeniem a odkształceniem formułuje prawo Hooke’a, ustalone

doświadczalnie w roku 1678.

Prawo Hooke’a:

Przy dostatecznie małych wartościach wydłuŜenia, odkształcenia

są wprost proporcjonalne

do napręŜeń

wywołujących te odkształcenia:

[ – ]

(9)

ε −

wydłuŜenie względne spręŜyste [ – ]

E – współczynnik spręŜystości wzdłuŜnej (moduł Younga) [MPa]

Współczynnik spręŜystości wzdłuŜnej zaleŜy od właściwości mechanicznych materiału.

Określa on opór materiału przeciw odkształceniu. Im większa jest wartość modułu Younga,
tym materiał jest bardziej wytrzymały. Współczynnik ten wyznacza się doświadczalnie,
korzystając z zaleŜności wynikającej z prawa Hooke’a:

⋅

∆

⋅

∆

⋅

[MPa]

(10)

∆

l – wydłuŜenie bezwzględne [mm]

l – długość początkowa pręta [mm]
S – pole przekroju poprzecznego [mm

]

W celu wyznaczenia własności wytrzymałościowych materiałów konstrukcyjnych,

przeprowadza się badania wytrzymałościowe. Podstawową próbą słuŜącą do oceny własności
wytrzymałościowych  jest  statyczna  próba  rozciągania.  Znormalizowaną  próbkę  z  materiału,
którego  własności  są  badane,  mocuje  się  w  uchwytach  maszyny  wytrzymałościowej  –  tak
zwanej  zrywarki  i  obciąŜa  się  siłą  rozciągającą,  wzrastającą  powoli  (quasi  statycznie).  Pod
działaniem  siły  próbka  się  wydłuŜa.  Przy  dostatecznie  duŜej  sile  pojawia  się  w  próbce
przewęŜenie  czyli  miejscowe  wyraźne  zmniejszenie  przekroju  próbki,  a  następnie  zerwanie
próbki.

W wyniku przeprowadzenia próby rozciągania otrzymuje się wykres rozciągania, który

pokazuje  jak  pod  wpływem  wzrostu  siły  rozciągającej  wydłuŜa  się  próbka.  Wykres  ten
charakteryzuje  własności  wytrzymałościowe  materiału.  Na  podstawie  próby  rozciągania
wyznacza  się  granicę  plastyczności  (wyraźną  lub  umowną),  wytrzymałość  na  rozciąganie,
wydłuŜenie względne i przewęŜenie.

Typowy wykres otrzymany na podstawie przeprowadzenia statycznej próby rozciągania

stali węglowej o wyraźnej granicy plastyczności pokazuje rysunek nr 33.

Po rozpoczęciu próby wzrastające napręŜenia powodują liniowy wzrost odkształcenia.

W zakresie tym obowiązuje prawo Hooke'a – odkształcenia mają charakter spręŜysty. Po
osiągnięciu napręŜenia R

, zwanego granicą spręŜystości, materiał przechodzi w stan

plastyczności, a odkształcenie staje się nieodwracalne. Dalsze zwiększanie napręŜenia

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 33. Wykres rozciągania róŜnych materiałów: 1 – stal węglowa ok. 0,1% C,

2 – Ŝeliwo, 3 – Ŝelazo czyste, 4 – miedź, 5 – złoto

Z rysunku nr 33 wynika, Ŝe do momentu zniszczenia (rozerwania próbki) materiału

plastycznego występują duŜe odkształcenia plastyczne (krzywe 3, 4, 5), natomiast zniszczenie
części wykonanej z materiału kruchego następuje nagle, przy znikomo małych
odkształceniach plastycznych (Ŝeliwo – krzywa 2).

Materiał plastyczny podczas ściskania zachowuje się podobnie, jak podczas rozciągania –

wykres ściskania i rozciągania dla miękkiej stali jest do granicy plastyczności prawie
jednakowy. Materiały kruche mają małą wytrzymałość na rozciąganie, natomiast duŜą na
ściskanie. Dlatego na przykład Ŝeliwna rama fortepianu jest skonstruowana w ten sposób, Ŝe
naciąg strun wywołuje w ramie napręŜenia ściskające.

Wytrzymałość zmęczeniowa

Wytrzymałość zmęczeniowa określa odporność materiału na działanie obciąŜeń

zmiennych. NapręŜenia zmienne w kaŜdej chwili przybierają inną wartość lub znak. Zwykle
zmiany te mają charakter regularny, których przebieg w czasie jest zbliŜony do sinusoidy.

Rys. 34. Typowy przebieg obciąŜeń zmęczeniowych

Wytrzymałość zmęczeniowa materiału to najwyŜsze napręŜenie, które materiał moŜe

przenieść nieograniczoną liczbę razy w załoŜonych warunkach eksploatacji.

Wytrzymałością zmęczeniową Z (lub granicą zmęczenia) nazywamy takie maksymalne

napręŜenie

max

dla danego cyklu napręŜeń, przy którym element nie dozna zniszczenia po

osiągnięciu umownej granicznej liczby cykli napręŜeń (dla stali N = 10·10

cykli).

Na podstawie przeprowadzonych badań zmęczeniowych otrzymuje się wykres Wöhlera

Z wykresu tego moŜna odczytać wartość wytrzymałości zmęczeniowej Z

dla obciąŜeń

zmiennych symetrycznych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 35. Krzywa Wöhlera

Udarność

Udarność – odporność materiału na złamanie przy uderzeniu. Udarność określa się jako

stosunek pracy L potrzebnej na złamanie znormalizowanej próbki z karbem do przekroju pola
S poprzecznego tej próbki w miejscu karbu:

[J/mm

]

(11)

Miarą udarności K

jest stosunek energii zuŜytej na złamanie próbki za pomocą

jednorazowego uderzenia do przekroju poprzecznego próbki w miejscu karbu:

[J/mm

]

(12)

– praca uderzenia [J]

– powierzchnia początkowa przekroju w miejscu karbu [mm

]

Próby udarowe wykonuje się w celu określenia wpływu prędkości obciąŜenia

i odkształcenia na własności mechaniczne materiałów przy obciąŜeniach dynamicznych.
Wzrost prędkości obciąŜenia powoduje podwyŜszenie granicy plastyczności i wytrzymałości
materiału oraz zmniejszenie odkształceń plastycznych. Materiał staje się bardziej kruchy.

Z badań udarnościowych wynika, Ŝe udarność materiałów kruchych jest mała,

a ciągliwych duŜa. Do pomiaru udarności wykorzystuje się urządzenia umoŜliwiające
przyłoŜenie duŜej siły w krótkim czasie, zwane młotami udarowymi. Najczęściej
wykorzystywany jest młot Charpy'ego.

Obliczenia wytrzymałościowe

Parametry wytrzymałościowe materiałów konstrukcyjnych ujęte są w tablicach

wytrzymałościowych. Podane są tam napręŜenia dopuszczalne na poszczególne rodzaje
obciąŜeń – rozciąganie, skręcanie, zginanie, skręcanie, ścinanie.

Poszczególne elementy konstrukcyjne w czasie pracy przenoszą obciąŜenia, co oznacza,

Ŝe  w  elementach  tych  panują  napręŜenia.  NapręŜenia,  które  mogą  występować  w  materiale
bez  obawy  naruszenia  warunku  wytrzymałości  i  warunku  sztywności  to  napręŜenia
dopuszczalne.

NapręŜenia

dopuszczalne

są

wyznaczone

odpowiednim

współczynnikiem

bezpieczeństwa w stosunku do rzeczywistej wytrzymałości materiału. Dla materiałów
plastycznych napręŜenia dopuszczalne wyznacza się z zaleŜności:

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

[MPa]

(13)

Dla materiałów kruchych napręŜenia dopuszczalne określa się według wzoru:

[MPa]

(14)

k – napręŜenia dopuszczalne,
R

– granica spręŜystości,

– granica wytrzymałości na rozciąganie.

n – współczynnik bezpieczeństwa
NapręŜenia dopuszczalne oznaczane są literą k z odpowiednimi indeksami.
k

– napręŜenia dopuszczalne na rozciąganie,

– napręŜenia dopuszczalne na ściskanie,

– napręŜenia dopuszczalne na zginanie,

– napręŜenia dopuszczalne na ścinanie,

– napręŜenia dopuszczalne na skręcanie.

Obliczenia wytrzymałościowe polegają na takim wyznaczeniu wymiarów obciąŜanego

elementu, aby napręŜenia wewnętrzne w materiale nie przekroczyły napręŜeń dopuszczalnych.
PoniŜej dla przykładu przedstawiono tę zaleŜność dla rozciągania.

≤

[MPa]

(15)

F – siła wywołująca obciąŜenie [N]
S – pole przekroju poprzecznego [mm

]

Przykład: Obliczyć minimalną średnicę pręta o przekroju kołowym, obciąŜonego siłą
powodującą jego ściskanie. Wartość siły F = 1500N, napręŜenia dopuszczalne na ściskanie
k

=120 MPa. Zakładamy, Ŝe pręt jest krótki i nie ulegnie wyboczeniu.

Rozwiązanie:

≤

⋅

≤

⋅

≥

120

1500

4 mm

Więcej wiadomości na temat wykonywania obliczeń wytrzymałościowych elementów

konstrukcyjnych obciąŜonych siłami i momentami sił znajdziesz w literaturze [1, 3, 4].

ObciąŜenia mechaniczne występujące w konstrukcji instrumentów muzycznych.

Niektóre instrumenty muzyczne poddane są stałym obciąŜeniom mechanicznym

wynikającym ze specyfiki ich konstrukcji.

Wszystkie instrumenty strunowe poddane są obciąŜeniom ściskającym, wywoływanym

przez  napięte  struny.  ObciąŜenia  te  przenoszone  są  przez  gryf  i  korpus  instrumentu
muzycznego.  NapręŜenia  rozciągające  występują  równieŜ  w  strunach  wszystkich
instrumentów  strunowych  oraz  we  włosiu  rozpiętym  w  smyczkach  instrumentów
smyczkowych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Instrumentem, który poddawany jest róŜnorodnym obciąŜeniom, jest fortepian. Ze

względu  na  swój  cięŜar  –  przekraczający  często  5000  N  –  statycznym  obciąŜeniom
ściskającym  poddawane  są  nogi  instrumentu.  Rama  na  której  rozpięty  jest  naciąg  podlega
ściskaniu  o  łącznej  sile  dochodzącej  do  200  000  N.  Mechanizm  młoteczkowy  i  tłumikowy
obciąŜany  jest  w  sposób  dynamiczny,  a  poszczególne  jego  elementy  pracują  na  rozciąganie,
ściskanie i zginanie.

W instrumentach dętych drewnianych oraz w mechanizmach wentylowych instrumentów

dętych blaszanych znajdują się spręŜyny, które poddawane są zginaniu, ściskaniu lub
skręcaniu w sposób zmęczeniowy.

Większość instrumentów perkusyjnych poddawana jest obciąŜeniom udarowym. Naciągi

kotłów, werbli i tym podobnych instrumentów podlegają napręŜeniom rozciągającym.

Projektując i wykonując instrumenty strunowe, naleŜy wziąć pod uwagę wytrzymałość

pudła rezonansowego i gryfu, uwzględniając przy tym uwarunkowania akustyczne
instrumentów muzycznych. Podobnie naleŜy postępować podczas prac nad instrumentami
z innych grup.

4.4.2. Pytania sprawdzające

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

Jakie właściwości mechaniczne charakteryzują materiały konstrukcyjne?

Jakie są cechy charakterystyczne materiałów izotropowych i anizotropowych?

Jakie znasz proste przypadki obciąŜenia elementów konstrukcyjnych ?

Jaka jest zaleŜność pomiędzy obciąŜeniem a odkształceniem?

Jak definiujemy napręŜenia wewnętrzne?

Co to są odkształcenia spręŜyste i plastyczne?

Jak definiowane są napręŜenia dopuszczalne?

Co to jest udarność i wytrzymałość zmęczeniowa materiałów?

Jakie są przykładowe obciąŜenia mechaniczne występujące w instrumentach muzycznych
z róŜnych grup?

4.4.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Przeprowadź próbę rozciągania statycznego dla próbki metalowej i drewnianej.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,

przeanalizować treści zawarte w ćwiczeniu,

zapoznać się ze sposobem wykonywania prób wytrzymałościowych,

przygotować próbki do wykonania badań wytrzymałościowych,

przeprowadzić próbę rozciągania aŜ do momentu zerwania próbek,

zapisać i zanalizować wyniki prób wytrzymałościowych.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

zeszyt przedmiotowy,

–

próbki do badań wytrzymałościowych,

–

maszyna wytrzymałościowa (zrywarka),

–

rysunki konstrukcyjne zespołów i mechanizmów skrzypiec i fortepianów.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Uwaga! Maszyna wytrzymałościowa moŜe być obsługiwana jedynie przez osoby
upowaŜnione.

Ćwiczenie 2

Oblicz minimalną średnicę stalowej struny o przekroju okrągłym mając dane: NapręŜenia

dopuszczalne na rozciąganie k

= 1600MPa, siła rozciągająca F = 1200N.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,

przeanalizować treści zawarte w ćwiczeniu,

zapisać niezbędne zaleŜności wytrzymałościowe,

przeprowadzić niezbędne obliczenia,

zapisać wyniki i porównać z prawidłowymi odpowiedziami.
WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

zeszyt przedmiotowy,

–

kalkulator.

Ćwiczenie 3

Oblicz największe napręŜenia ściskające w tylnej nodze fortepianu mając dane:

–

cięŜar fortepianu 4200 N,

–

wszystkie nogi instrumentu mają takie same wymiary,

–

minimalna średnica nogi – 60 mm,

–

obciąŜenie tylnej nogi stanowi 30% cięŜaru instrumentu.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,

przeanalizować treści zawarte w ćwiczeniu,

zapisać niezbędne zaleŜności wytrzymałościowe,

przeprowadzić niezbędne obliczenia,

zapisać wyniki i porównać z prawidłowymi odpowiedziami.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

zeszyt przedmiotowy,

–

kalkulator.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.4.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

określić właściwości mechaniczne materiałów konstrukcyjnych?

określić proste przypadki obciąŜenia?

określić zaleŜność pomiędzy obciąŜeniem a odkształceniem?

rozróŜnić odkształcenia spręŜyste i plastyczne?

określić wydłuŜenie względne i bezwzględne próbki?

określić własności plastyczne metalu na podstawie próby
rozciągania?

zdefiniować pojęcie napręŜeń dopuszczalnych?

wyznaczyć napręŜenia wewnętrzne dla prostych przypadków
obciąŜenia?

obliczyć minimalny przekrój elementu obciąŜonego?

10)

podać przykłady obciąŜeń mechanicznych występujących
w konstrukcji instrumentów muzycznych?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

5. SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ

INSTRUKCJA DLA UCZNIA

Przeczytaj uwaŜnie instrukcję.

Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi.

Zapoznaj się z zestawem zadań testowych.

Test zawiera 22 zadania. Do kaŜdego zadania dołączone są 4 moŜliwości odpowiedzi.
Tylko jedna jest prawidłowa.

Udzielaj odpowiedzi na załączonej karcie odpowiedzi, stawiając w odpowiedniej rubryce
znak X. W przypadku pomyłki naleŜy błędną odpowiedź zaznaczyć kółkiem, a następnie
ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową.

Niektóre zadania wymagają stosunkowo prostych obliczeń, które powinieneś wykonać
przed wskazaniem poprawnego wyniku.

Pracuj samodzielnie, bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania.

Jeśli udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność, wtedy odłóŜ rozwiązanie
zadania na później i wróć do niego, gdy zostanie Ci wolny czas.

Na rozwiązanie testu masz 60 min.

Powodzenia!

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH

Zamieszczona poniŜej ilustracja przedstawia

przekrój podłuŜny promieniowy przez pień drzewa.

przekrój poprzeczny przez pień drzewa.

przekrój podłuŜny styczny przez pień drzewa.

przekrój poprzeczny połączony z przekrojem stycznym

przez pień drzewa.

Promienie rdzeniowe w Ŝyjącym drzewie
a)

przewodzą wodę i składniki odŜywcze z łyka do wewnętrznych obszarów pnia.

przewodzą wodę i składniki odŜywcze z rdzenia do łyka.

słuŜą do magazynowania Ŝywicy.

przewodzą wodę w kierunku pionowym do góry w drzewach liściastych.

Właściwa kolejność występowania w przekroju poprzecznym pnia elementów budowy

makroskopowej drewna – w kierunku od rdzenia na zewnątrz to

rdzeń, łyko, twardziel, biel, kora.

rdzeń, twardziel, biel, łyko, kora.

kolejność jest zmienna i zaleŜy od gatunku drzewa.

rdzeń biel, twardziel, łyko, kora.

Cewki w drewnie drzew iglastych
a)

odpowiadają za przyrosty roczne słojów drewna.

przewodzą wodę oraz nadają drewnu sztywność i wytrzymałość mechaniczną.

pośredniczą w wymianie gazowej.

przewodzą wodę od łyka do rdzenia drzewa.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Zjawisko skurczu i pęcznienia drewna zachodzi w wyniku
a)

ściskania i rozciągania drewna siłami zewnętrznymi.

starzenia się drewna.

zmian temperatury drewna.

zmian wilgotności drewna.

Rysunek ilustruje
a)

mimośrodowość sęka w przekroju poprzecznym.

mimośrodowość rdzenia.

skręt włókien drewna w przekroju poprzecznym pnia.

wielordzeniowość połączoną z pęknięciami poprzecznymi.

WskaŜ właściwe określenia poszczególnych sortymentów tarcicy
a)

1 – bal, 2 – deska, 3 – listwa, 4 – graniak.

1 – deska, 2 – bal, 3 – graniak, 4 – listwa.

1 – deska, 2 – bal, 3 – listwa, 4 – graniak.

1 – deska, 2 – graniak, 3 – listwa, 4 – bal.

Ilustracja przedstawia
a)

schemat budowy sklejki.

schemat budowy płyty MDF.

schemat budowy płyty stolarskiej.

tarcicę ustawioną w stos w celu przechowania.

Wraz ze wzrostem temperatury wymiary liniowe elementów metalowych
a)

zmniejszają się.

zwiększają się.

nie zmieniają się.

zwiększają się w stopach Ŝelaza, a zmniejszają w stopach z głównym udziałem
miedzi.

10.

Wykres przedstawia
a)

wykres równowagowy stopu Ŝelaza z węglem.

wykres równowagowy stopu miedzi z cyną.

wykres równowagowy tylko dla Ŝeliw.

wykres równowagowy tylko dla stali.

11.

WskaŜ określenie, które nie dotyczy składnika strukturalnego stopów Ŝelaza z węglem
a)

ferryt.

perlit.

cementyt.

węglik wolframu.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

12.

Rama współczesnych fortepianów wykonywana jest
a)

z Ŝeliwa.

ze stali węglowej.

z mosiądzu.

ze stopów aluminium.

13.

Talerze perkusyjne wytwarzane są
a)

ze stali stopowych.

wyłącznie z brązu.

z brązu lub mosiądzu.

ze stali spręŜynowych.

14.

Metale szlachetne
a)

są stosowane jako materiał konstrukcyjny do wyrobu korpusów fletów oraz
pokrywania powierzchni elementów instrumentów dętych.

ze względu na cenę metali szlachetnych nie są uŜywane się do wytwarzania
instrumentów muzycznych.

słuŜą do wyrobu strun wysokiej jakości w instrumentach smyczkowych.

stosowane są jako dodatek stopowy do stali odpornych na korozję.

15.

Tworzywa sztuczne nie mogą być stosowane
a)

do wytwarzania korpusów instrumentów dętych drewnianych.

do wytwarzania ustników klarnetów i saksofonów.

do wytwarzania strun fortepianowych.

do wytwarzania naciągów membranowych instrumentów perkusyjnych.

16.

PoniŜsze wykresy dotyczą

wytrzymałości zmęczeniowej materiałów.

ruchu harmonicznego.

struktury chemicznej stopów metali.

charakterystyki cyklicznego rozciągania i ściskania materiału.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

17.

WskaŜ wykres rozciągania materiału spręŜystego

18.

WskaŜ minimalną średnicę nogi fortepianu o przekroju okrągłym taką, przy której

napręŜenia w materiale nie przekroczą wartości dopuszczalnych. ObciąŜenie ściskające
działające na nogę wynosi 1800 N, napręŜenia dopuszczalne na ściskanie k

= 16 MPa

10 mm.

12 mm.

8 mm.

25 mm.

19.

WskaŜ wartość wydłuŜenia bezwzględnego

∆

l i względnego

struny fortepianowej.

o długości początkowej l

= 200 mm, która po obciąŜeniu wydłuŜyła się do długości

l = 200,1 mm

∆

l = 1 mm;

= 0,05%.

∆

l = 0,1 mm;

= 0.25%.

∆

l = 0,1 mm;

= 0,5%.

∆

l = 0,1 mm;

= 0,05%.

20.

WskaŜ wartość napręŜeń w elemencie konstrukcyjnym ramy fortepianu o długości

1200 mm, jeśli po nałoŜeniu naciągu strun element ten skrócił się o

∆

l = 0,03 mm.

Współczynnik spręŜystości wzdłuŜnej dla materiału ramy wynosi 1·10

MPa

2,5 MPa.

25 MPa.

0,25 MPa.

2,5 N.

21.

Na podstawie analizy zamieszczonych wykresów rozciągania wskaŜ najlepszy materiał do

wykonania struny fortepianu.

– napręŜenie robocze struny

22.

Określ wartość współczynnika spręŜystości wzdłuŜnej materiału struny, jeśli struna

o średnicy 1,2 mm i długości 522 mm pod wpływem siły rozciągającej F = 52 N
wydłuŜyła się w granicach odkształceń spręŜystych o

∆

l = 0,08 mm.

E = 2,5·10

MPa.

E = 250000 MPa.

E = 3,0·10

MPa.

E = 3,0·10

MPa.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

KARTA ODPOWIEDZI

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

Dobieranie materiałów konstrukcyjnych

Zakreśl poprawną odpowiedź.

zadania

Odpowiedź

Punkty

Razem: