MINISTERSTWO EDUKACJI
NARODOWEJ
Piotr Sieczka
Dobieranie materiałów konstrukcyjnych 311[18].Z2.01
Poradnik dla ucznia
Wydawca
Instytut Technologii Eksploatacji  Państwowy Instytut Badawczy
Radom 2007
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
Recenzenci:
mgr Aleksandra Gromek
mgr Katarzyna Ziomek
Opracowanie redakcyjne:
mgr in\
. Piotr Sieczka
Konsultacja:
dr in\
. Jacek Przepiórka
Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 311[18].Z2.01
 Dobieranie materiałów konstrukcyjnych , zawartego w modułowym programie nauczania dla
zawodu technik instrumentów muzycznych
Wydawca
Instytut Technologii Eksploatacji  Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2007
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
1
SPIS TREÅšCI
1. Wprowadzenie 3
2. Wymagania wstępne 5
3. Cele kształcenia 6
4. Materiał nauczania 7
4.1. Właściwości i zastosowanie drewna i tworzyw drzewnych do wytwarzania
instrumentów muzycznych 7
4.1.1. Materiał nauczania 7
4.1.2. Pytania sprawdzajÄ…ce 20
4.1.3. Ćwiczenia 20
4.1.4. Sprawdzian postępów 21
4.2. Właściwości i zastosowanie metali do wytwarzania instrumentów
muzycznych 22
4.2.1. Materiał nauczania 22
4.2.2. Pytania sprawdzajÄ…ce 31
4.2.3. Ćwiczenia 31
4.2.4. Sprawdzian postępów 32
4.3. Właściwości i zastosowanie tworzyw sztucznych i innych materiałów do
wytwarzania instrumentów muzycznych 33
4.3.1. Materiał nauczania 33
4.3.2. Pytania sprawdzajÄ…ce 37
4.3.3. Ćwiczenia 37
4.3.4. Sprawdzian postępów 38
4.4. Obliczenia wytrzymałościowe materiałów do wytwarzania instrumentów
muzycznych 39
4.4.1. Materiał nauczania 39
4.4.2. Pytania sprawdzajÄ…ce 47
4.4.3. Ćwiczenia 47
4.4.4. Sprawdzian postępów 49
5. Sprawdzian osiągnięć 50
6. Literatura 55
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
2
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 decydujÄ…cym o walorach brzmieniowych i estetycznych gotowego wyrobu.
Z powodu wielkiej ró\
norodności instrumentów muzycznych, w ich konstrukcji stosowane są
bardzo ró\
ne materiały.
Materiały konstrukcyjne do wytwarzania instrumentów dzielimy na następujące grupy:
 materiały drzewne,
 materiały metalowe,
 materiały z tworzyw sztucznych,
 skóry,
 filce.
Du\
y 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 ka\
dym instrumencie muzycznym.
Często spotykamy równie\
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 równie\
w coraz większym zakresie nie tylko do
wykonywania detali mechanizmów instrumentów muzycznych, ale równie\
jako materiał do
wykonywania korpusów w instrumentach dętych drewnianych w modelach szkolnych,
przeznaczonych do nauki gry w poczÄ…tkowym okresie nauczania.
W poradniku znajdziesz:
 wymagania wstępne  wykaz umiejętności, jakie powinieneś mieć ju\
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 ju\
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,
 literaturÄ™.
Bezpieczeństwo i higiena pracy
W czasie pobytu w pracowni musisz przestrzegać regulaminów, przepisów
i instrukcji przeciwpo\
arowych, wynikających z rodzaju wykonywanych prac. Wiadomości
dotyczące przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy, ochrony przeciwpo\
arowej oraz ochrony
środowiska znajdziesz w jednostce modułowej 311[18].O1.01  Przestrzeganie przepisów
bezpieczeństwa i higieny pracy, ochrony przeciwpo\
arowej oraz ochrony środowiska .
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
3
311[18].Z2
Techniki wytwarzania
instrumentów muzycznych
311[18].Z2.01
Dobieranie materiałów
konstrukcyjnych
311[18].Z2.02
Projektowanie procesów
technologicznych
311[18].Z2.03 311[18].Z2.04
Wykonywanie obróbki ręcznej Wykonywanie połączeń
i mechanicznej elementów instrumentów
muzycznych
Schemat układu jednostek modułowych
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
4
2. WYMAGANIA WST
PNE
Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:
 stosować jednostki układu SI,
 posługiwać się pojęciem siły,
 rozró\
niać wielkości skalarne i wektorowe,
 przeliczać jednostki,
 klasyfikować instrumenty muzyczne,
 korzystać z ró\
nych z
ródeł informacji,
 obsługiwać komputer,
 pracować w grupie.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
5
3. CELE KSZTAA
CENIA
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, obcią\
enie,
- wyjaśnić pojęcia: naprę\
enia wewnętrzne, naprę\
enia dopuszczalne, wytrzymałość na
ściskanie, rozciąganie, zginanie, skręcanie,
- określić zale\
ność pomiędzy obcią\
eniem a odkształceniem,
- określić wpływ kierunku działania obcią\
eń na wytrzymałość drewna,
- rozró\
nić obcią\
enia 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 przeciwpo\
arowej oraz
ochrony środowiska.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
6
4. MATERIAA
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 równie\
nieokreślonej wysokości
dz
więków. Drewniane w większości są tak\
e pałeczki perkusyjne.
Jakość materiałów, jak równie\
technologia przygotowania i obróbki drewna decydują
o szlachetności barwy dz
więku instrumentów.
Elementy budowy mikroskopowej drewna
Drewno jest materiałem pochodzenia naturalnego, zbudowane jest z elementów, które
w \
ywym drzewie spełniały określone funkcje fizjologiczne i mechaniczne. W celu
rozró\
nienia i klasyfikacji tych elementów określa się podstawowe przekroje drewna:
 poprzeczny, utworzony przez przecięcie pnia prostopadle do jego osi podłu\
nej;
 podłu\
ny promieniowy, utworzony przez przecięcie pnia wzdłu\
jego osi podłu\
nej,
przez rdzeń;
 podłu\
ny styczny, utworzony przez przecięcie pnia wzdłu\
jego osi podłu\
nej
i przechodzący poza rdzeniem, czyli po stycznej do któregokolwiek pierścienia przyrostu
rocznego.
Rys. 1 Podstawowe przekroje w drewnie pnia:
I  poprzeczny, II  podłu\
ny promieniowy, III  podłu\
ny styczny [2, s.17]
Przez szkło powiększające mo\
na 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
7
Pod względem chemicznym drewno składa się z celulozy (45 55% masy), ligniny
(20  30%), chemicelulozy (12 20%) oraz niewielkich ilości \
ywic, 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 równie\
wytrzymałość.
Na budowę mikroskopową drewna składa się zespół cech i elementów anatomicznych
rozró\
nianych i dających się badać za pomocą mikroskopu. W budowie mikroskopowej
drewna rozró\
niamy 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
\
ywiczne.
Komórka. Jednostką anatomiczną i fizjologiczną drewna jest komórka Komórki tkanki
drzewnej powstają w wyniku podziału komórek tkanki twórczej znajdującej się w miazdze
i w sto\
kach wzrostu drzewa. W tkance drzewnej występują komórki \
ywe i komórki
martwe. Elementami składowymi komórki \
ywej są: błona komórkowa, plazma, jądro, sok
komórkowy i substancje wytworzone przez \
ywe składniki komórki, np. skrobia, \
ywica 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 zło\
onÄ… z \
ywych 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 zale\
ności od
usytuowania i sprawowanej funkcji rozró\
nia się kilka rodzajów komórek miękiszowych.
Włókna drzewne są to martwe komórki grubościenne o wydłu\
onych, 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
8
mm, połączonych w szereg tworzący rurkę. W ścianach poprzecznych między komórkami
występują perforacje, dzięki którym naczynia są dro\
ne. Przenikanie wody z naczyń do
sąsiednich tkanek następuje przez jamki proste lub lejkowate. Długość naczyń wynosi średnio
10 cm, jednak u dębu mo\
e 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 podłu\
nym: 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 podłu\
ne mają przekrój
poprzeczny czworoboczny, o ściankach zorientowanych promieniowo i stycznie, o wymiarach
0,02 0,07 mm. Cewki tworzą szeregi przebiegające wzdłu\
osi pnia. Długość cewek
podłu\
nych mo\
e 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. Rozró\
nia siÄ™ promienie rdzeniowe
pierwotne, biegnące od łyka do rdzenia, oraz promienie rdzeniowe wtórne, które łączą łyko
z punktami wewnętrznymi pnia w ró\
nej 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 od\
ywcze.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
9
Wymiana substancji między promieniami rdzeniowymi a drewnem następuje przez jamki.
Promienie rdzeniowe występują u wszystkich gatunków drzew, mają natomiast ró\
nÄ…
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 zło\
onej z jednej lub dwóch
warstw komórek. Wysokość promieni rdzeniowych u drzew iglastych jest mniejsza ni\
1 mm
i obejmuje zwykle 1 15, a czasem do 50 warstw komórek. W wieloszeregowych promieniach
rdzeniowych sosny, modrzewia i świerka występują poziome przewody \
ywiczne.
Przewody \
ywiczne 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 \
ywiczne występują w korze). Przewody \
ywiczne pionowe przebiegajÄ…
wzdłu\
pnia, a poziome sÄ… usytuowane w wieloszeregowych promieniach rdzeniowych
i dochodzą do łyka. Wnętrze przewodów \
ywicznych tworzą komórki \
ywicorodne, które
wydzielajÄ… \
ywicę do kanałów \
ywicznych. śywica w aktywnych przewodach \
ywicznych
występuje w postaci balsamicznej i stanowi roztwór stałych kwasów \
ywicznych w olejkach
terpenowych. Średni skład \
ywicy w wyniku \
ywicowania sosny jest następujący: kalafonia
(stałe kwasy \
ywiczne) 70%, terpentyna 24%, woda 5,5% oraz zanieczyszczenia 0,5%.
Aktywne przewody \
ywiczne występują w bielu. W niektórych gatunkach drzew liściastych
występują przewody podobne do przewodów \
ywicznych w drewnie iglastym. W przewodach
tych drzew liściastych są wytwarzane substancje gumowo  \
ywiczne, np. kauczuk naturalny.
Przebieg przewodów w drzewach liściastych mo\
e być wzdłu\
ny 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
wyraz
nie 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 ró\
norodny i stanowić mo\
e cechÄ™
taksonomiczną dla rozró\
niania 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 gwiaz
dzisty. Na przekroju podłu\
nym
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 uło\
one są słoje roczne, od zewnątrz otoczone
korą, zło\
oną z miazgi twórczej, łyka i korowiny. Niekiedy na przekroju widać promienie
rdzeniowe, Å‚Ä…czÄ…ce korÄ™ z rdzeniem.
W zale\
ności od intensywności przyrostów rocznych rozró\
nia się drewno wąskosłoiste,
gdzie szerokość słoju jest mniejsza ni\
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
10
stanowiącego szersze pasmo poło\
one bli\
ej rdzenia i drewna póz
nego, otaczajÄ…cego drewno
wczesne. Drewno wczesne jest jasne i szorstkie, mniej zwarte, zawiera znaczną ilość
kanalików, ma mniejszą wytrzymałość od drewna póz
nego, które jest ciemniejsze, gładkie
i zwarte.
Rys. 5. Elementy budowy pnia drzewa: 1  rdzeń, 2  twardziel, 3  biel. 4  słoje przyrostów rocznych,
5  Å‚yko, 6  kora, 7  promienie rdzeniowe
W starych drzewach wyró\
nia się ciemniej zabarwiona środkowa część pnia  jest to
twardziel, pod względem biologicznym martwe drewno pełniące funkcję mechaniczną.
Twardziel otoczona jest \
ywym drewnem bielastym (biel). W drzewie \
ywym twardziel jest
mniej odporna na szkodniki (grzyby) ni\
biel, natomiast po ścięciu stanowi materiał lepszy,
odporniejszy mechanicznie i biologicznie od części bielastych. Wszystkie gatunki iglaste
spotykane w Polsce wytwarzajÄ… twardziel.
Drzewa liściaste, pod względem budowy makroskopowej tkanek drewna dzielone są na:
- pierścienionaczyniowe, z wyraz
nym podziałem słojów na drewno wczesne zawierające
naczynia, i zwarte drewno póz
ne (dÄ…b, wiÄ…z, jesion, lipa, orzech),
- rozpierzchłonaczyniowe, w których naczynia rozrzucone są równomiernie na całej
grubości słoja (buk, brzoza, klon, jawor, grab). Gatunki rozpierzchłonaczyniowe nie
wytwarzajÄ… twardzieli  otrzymuje siÄ™ 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 barwÄ™ od jasno\
ółtej do brązowej, o odcieniu
mniej intensywnym ni\
w niektórych gatunkach egzotycznych (mahoń, palisander).
 Połysk związany jest z twardością drewna i gładkością powierzchni. Połysk najbardziej
jest widoczny w przekroju promieniowym.
 Rysunek drewna ró\
ni siÄ™ w zale\
ności od przekroju, barwy drewna, wielkości
przyrostów, sęków itp.
 Zapach  ka\
dy gatunek drewna ma swój specyficzny zapach. Pochodzi on od
znajdujÄ…cych siÄ™ w drewnie \
ywic, olejków eterycznych, garbników itp. Z biegiem lat
drewno traci zapach.
 Wilgotność  zawartość wody w drewnie.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
11
 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 ju\
wysuszonego do takiej wilgotności,
w jakiej będzie ono u\
ytkowane.
 Gęstość drewna zale\
y od jego wilgotności i rodzaju drzewa, z którego jest otrzymane.
 Przewodność cieplna  drewno z
le przewodzi ciepło, zatem jest dobrym izolatorem
Współczynniki przewodności zale\
ą od rodzaju drewna i stopnia wilgotności drewna.
 Wytrzymałość i twardość drewna na ściskanie, rozciąganie, zginanie, ścinanie zale\
y do
kąta działania siły w stosunku do włókien, twardość drewna największa jest w jego
przekroju poprzecznym. Wytrzymałość i twardość drewna maleje ze wzrostem
wilgotności.
 A
upliwość  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, zale\
na jest od gatunku drewna i warunków
zewnętrznych, w jakich drewno jest wykorzystywane. Długą trwałość wykazuje drewno
znajdujÄ…ce siÄ™ pod dachem, znacznie mniejszÄ… drewno nara\
one na działanie czynników
atmosferycznych lub na przemienny wpływ powietrza i wody, co ma miejsce podczas
u\
ytkowania instrumentów muzycznych. Drewno w całości zanurzone w wodzie mo\
e
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, a\
osiÄ…gnie stan
równowagi pomiędzy własną wilgotnością a wilgotnością otoczenia. Drewno stosowane w
miejscach o du\
ej wilgotności powinno być zabezpieczone przed jej wchłanianiem.
Znajdującą się w drewnie ilość wody określa się wskaz
nikiem wilgoci. Oblicza siÄ™ go
jako wyra\
ony w procentach stosunek znajdujÄ…cej siÄ™ w drewnie wody do wagi samego
drewna. W tym celu suszy siÄ™ i periodycznie wa\
y próbki drewna. Jest to dokładny, jednak
długotrwały sposób. Szybciej i prościej wilgotność mo\
na ustalić z pomocą specjalnych
elektrycznych mierników.
Gw
W = Å"100 [%] (1)
Gd
Wilgotność drewna mo\
na te\
określić jako ró\
nicÄ™ masy drewna wilgotnego i masy
drewna absolutnie suchego do masy drewna absolutnie suchego:
Gdw - Gdo
W = Å"100 [%] (2)
Gdo
W  wilgotność drewna [%]
Gw  masa wody [kg]
Gd  masa drewna [kg]
Gdw  masa drewna wilgotnego [kg]
Gdo  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 dotÄ…d a\
ciśnienie pary wodnej we wnętrzu substancji drzewnej zrównowa\
y
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
12
wchłonięta do tej granicy to tak zwana woda związana lub inaczej higroskopijna. Powy\
ej
granicy higroskopijności, czyli powy\
ej punktu nasycenia włókien, dalsza ilość wody mo\
e
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 ciÄ™\
aru 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 póz
niejszej eksploatacji konstrukcji
drewnianych.
Normy większości materiałów i wyrobów ustalają największą dozwoloną ilość wilgoci.
Åšwie\
o ścięte drewno zawsze bywa wilgotniejsze, ni\
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 zró\
nicowane i w zale\
ności od gatunku drewna zmieniają się
w granicach:
 w kierunku wzdłu\
nym: 0,1÷0,35%,
 w kierunku promieniowym: 2,0÷8,5%,
 w kierunku stycznym: 6,0÷13,0%,
 zmiana objÄ™toÅ›ci: 7,0÷22,5%.
Tworzywa drzewne cechują się znacznie większą stabilnością wymiarową. Zmiany
wymiarów w płaszczyz
nie 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 dz
więkowych w drewnie. Decydują one o mo\
liwościach i zakresie
zastosowania drewna w praktyce jako materiału rezonansowego (budowa instrumentów
muzycznych) i dz
więkochłonnego (izolacja dz
więkowa, akustyczna).
Na akustyczne własności drewna ma wpływ jego budowa, udział drewna póz
nego, udział
promieni rdzeniowych i przewodów \
ywicznych, ponadto wilgotność i temperatura. Procesy
technologiczne, takie jak klejenie i wykańczanie powierzchni, zmieniają w du\
ym stopniu
akustyczne własności drewna.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
13
Identyfikacja wybranych gatunków drewna liściastego i iglastego
W celu określenia gatunku drewna nale\
y określić ich charakterystyczne cechy
rozpoznawcze.
Tabela 1. Charakterystyka wybranych gatunków drewna
Gatunek Cechy charakterystyczne Przykładowe zastosowania
Sosna Barwa bielu jasno\
ółta, barwa Drewno sosny zwyczajnej odznacza się
twardzieli czerwonobrunatna, drewno dobrymi właściwościami
póz
ne dość szerokie, granice słojów fizykomechanicznymi. Dzięki swym
bardzo wyraz
ne. Liczne przewody właściwościom mechanicznym, łatwości
\
ywiczne, du\
e obróbki narzędziami tnącymi i małemu
i wyraz
nie widoczne. Sęki ciemne, cię\
arowi objętościowemu znajduje
\
ywiczne o ro\
nych kształtach wszechstronne zastosowanie w ró\
nych
i wymiarach. Drewno średnio cię\
kie. dziedzinach gospodarki.
W przemyśle instrumentów muzycznych
stosowana do wyrobu elementów
korpusów gitar akustycznych (sosna
oregońska)
Świerk Drewno białe z \
ółtawym odcieniem, Drewno o niewysokich właściwościach
lekko połyskujące. Twardziel nie fizykomechanicznych.
zabarwiona  nie odró\
nia się od bielu. Przemysł celulozowo  papierniczy,
SÅ‚oje wyraz
ne, drewno póz
ne słabo meblarski, zabawkarski, szeroko
rozwinięte. Granice słojów wyraz
ne. stosowany w przemyśle instrumentów
Przewody \
ywiczne słabo widoczne, muzycznych na drewno rezonansowe
występują pęcherze \
ywiczne. Sęki (świerk wysokogórski).
zdrowe są jasne, sęki zepsute są bardzo
ciemne. Drewno średnio cię\
kie.
DÄ…b SÅ‚oje roczne wyraz
ne. Biel wąski, Drewno stosowane między innymi
\
ółtawy lub szaro  biały. Twardziel w przemyśle meblarskim, do produkcji
\
ółto  brązowa lub brązowa. oklein, słu\
y do wyrobu elementów
Promienie rdzeniowe szerokie, bardzo instrumentów muzycznych  elementy
dobrze widoczne, rozmieszczone w pudeł rezonansowych instrumentów
du\
ych odstępach, jaśniejsze od strunowych, korpusy membranowych
otaczającego drewna. Na przekroju instrumentów perkusyjnych.
stycznym w postaci pasemek o długości
do 7 cm, na przekroju promieniowym
jako błyszczące wstęgi ró\
nego kształtu
i wysokości. Drewno cię\
kie
Jesion SÅ‚oje roczne wyraz
ne. Biel bardzo Stosowane do wytwarzania elementów
szeroki, jasny, \
ółtawy lub ró\
owawy o instrumentów muzycznych  elementy
perłowym połysku, twardziel pudeł rezonansowych instrumentów
jasnobrÄ…zowa, promienie rdzeniowe strunowych, lite korpusy gitar
wąskie, mało widoczne. elektrycznych.
Buk Drewno białe z odcieniem ró\
owym. Stosowane do wytwarzania elementów
Często występuje szarobrunatna instrumentów muzycznych 
fałszywa twardziel. Słoje widoczne, podstrunnice gitar akustycznych,
promienie rdzeniowe na przekroju korpusy membranowych instrumentów
podłu\
nym promieniowym w postaci perkusyjnych, perkusyjne instrumenty
wstÄ…\
eczek, na przekroju podłu\
nym samobrzmiÄ…ce (klawesy)
stycznym w postaci soczewek. Drewno
bukowe jest ciÄ™\
kie, twarde, Å‚upliwe
,łatwe do obróbki skrawaniem.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
14
Lipa Drewno białe, lekko połyskujące, Stosowane do wytwarzania elementów
z odcieniem ró\
owym lub \
ółtawym. instrumentów muzycznych  lite
SÅ‚oje widoczne promienie rdzeniowe korpusy gitar elektrycznych, korpusy
niewidoczne na przekroju podłu\
nym rezonansowe gitar akustycznych (lipa
stycznym, na pozostałych przekrojach amerykańska).
widoczne w postaci jaśniejszych lub
ciemniejszych plamek. Drewno jest
miękkie, łatwo łupliwe, łatwo
obrabialne,
o średnich właściwościach
mechanicznych.
Jawor Drewno bielaste, barwy \
ółtawobiałej, Stosowane do wytwarzania elementów
połyskujące, dość lekkie, twarde i instrumentów muzycznych  elementy
mocne, lecz niezbyt trwałe. Pod korpusów rezonansowych instrumentów
względem własności technicznych smyczkowych,
przewy\
sza drewno klonu,
Klon Drewno barwy białej z \
ółtym Stosowane do wytwarzania elementów
odcieniem, błyszczące. Twardziel słabo instrumentów muzycznych  elementy
się zaznacza ciemniejszym korpusów rezonansowych instrumentów
zabarwieniem. Promienie drzewne na smyczkowych, korpusy fagotów, gryfy
przekroju poprzecznym majÄ… wyglÄ…d gitar
wąskich, czerwonawych, błyszczących
kresek, co nadaje drewnu
charakterystyczny rysunek. Drewno jest
twarde, ciÄ™\
kie, elastyczne
Grusza Drewno nie zró\
nicowane na biel Stosowane do wyrobu elementów,
i twardziel, rozpierzchłonaczyniowe instrumentów muzycznych  korpusy
(podobnie jak klon i jawor), fletów prostych
czerwonobrÄ…zowe, z dobrze
widocznymi słojami rocznymi, twarde i
ciÄ™\
kie.
Orzech czarny Drewno twarde, mocne, zró\
nicowane U\
ywane jest do wyrobu oklein, mebli,
na jasny biel i ciemnobrązową instrumentów muzycznych.
twardziel.
Wiśnia Drewno zró\
nicowane na biel i Stosowane do wytwarzania elementów
twardziel, biel ró\
owawy, twardziel instrumentów muzycznych.
brązowo-czerwona; drewno średnio
ciÄ™\
kie i mało twarde.
Mahoń Drewno pozyskiwane z ró\
nych Stosowane do wytwarzania elementów
gatunków drzew rosnących głównie w instrumentów muzycznych  elementy
Ameryce (mahoniowiec) i Afryce korpusów rezonansowych instrumentów
(zamahoń), strunowych, szyjki instrumentów
o barwie czerwonobrunatnej, odporne strunowych,
na wilgoć, nie pękające.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
15
Heban Drewno o odcieniu ciemnobrÄ…zowym Czarne klawisze w fortepianach,
lub czarnym, bardzo twarde, trudno korpusy instrumentów dętych
Å‚upliwe. drewnianych.
Palisander W zale\
ności od gatunku barwa drewna Podstrunnice w instrumentach
o kolorze jasno czerwonym ciemno strunowych z gryfem, sztabki
czerwonym lub brązowym. Drewno ksylofonów, sztabki w marimbach.
ciÄ™\
kie i twarde.
Mpingo  grenadilla Drewno wąskosłoiste, twarde, cię\
kie. U\
ywane do budowy korpusów
Barwa ciemnobrązowa. instrumentów dętych drewnianych,
szczególnie obojów i klarnetów.
Wady drewna
Wady drewna to ró\
ne nieprawidłowości jego budowy oraz niektóre cechy naturalne
i uszkodzenia, które obni\
ają przydatność techniczną i wartość u\
ytkowÄ… drewna. Wady
naturalne drewna, powstajÄ…ce w drzewie \
yjącym, nazywamy pierwotnymi, wady powstałe
w drewnie po jego ścięciu noszą nazwę wad wtórnych.
Do wa\
niejszych wad drewna zalicza siÄ™:
- Sęki  pozostałości po gałęziach. Sęki zmniejszają wytrzymałość mechaniczną, zakłócają
przebieg włókien i usłojenia, utrudniają obróbkę mechaniczną. Występują w ró\
nych
kształtach i wymiarach. Ze względu na spójność z otaczającym drewnem rozró\
nia siÄ™
sęki zdrowe, nadpsute i zepsute.
Rys. 6. Odmiany sęków w przekroju podłu\
nym: a  sęk owalny, b  sęk okrągły,
c  sęk podłu\
ny, d  sęki skrzydlate [2, s. 18]
- Pęknięcia  tworzą się w wyniku rozerwania tkanki drzewnej wzdłu\
włókien i cewek.
Pęknięcia są najczęstszymi wadami występującymi w tarcicy, mają ró\
ne kształty
i rozmiary.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
16
Rys. 7. Pęknięcia w tarcicy: a  podłu\
ne, b, c  okrÄ™\
ne [2, s. 18]
- Wady budowy drewna  to odchylenie od jego regularnej budowy, obni\
ajÄ…ce jego
wytrzymałość, utrudniające obróbkę, zmniejszające walory estetyczne drewna. Do
wa\
niejszych wad budowy drewna zalicza się: skręt i zawiły przebieg włókien,
nierównomierną szerokość słojów rocznych, pęcherze \
ywiczne, 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 siÄ™ zacieki garbnikowe oraz zacieki
\
ywiczne.
- Pora\
enia drewna przez grzyby paso\
ytnicze. Uszkodzenia te występują zarówno
w drzewach rosnących, jak równie\
w drewnie ju\
przetartym a tak\
e w trakcie
u\
ytkowania wyrobów wykonanych z drewna. Najpowa\
niejsze wady wywoływane przez
grzyby paso\
ytnicze to zgnilizna twarda, która wywołuje zmiany barwy drewna, zwiększa
nasiąkliwość oraz obni\
a wytrzymałość i twardość drewna oraz zgnilizna miękka, która
całkowicie niszczy strukturę drewna.
- Uszkodzenia drewna spowodowane przez szkodniki drewna. Uszkodzenia te powstajÄ…
w wyniku drÄ…\
enia przez owady chodników w drewnie. Rozró\
nia się chodniki małe
(o średnicy do 3 mm) i chodniki du\
e (powy\
ej 3 mm średnicy) oraz płytkie (3 5 mm)
i głębokie (powy\
ej 5 mm)
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
17
Szczegółowy opis wad drewna zawiera Polska Norma PN-EN 844-9:2002
Sortymenty drewna naturalnego
Tarcica  jest to prefabrykat uzyskany w wyniku wzdłu\
nego przetarcia (przecięcia)
drewna okrągłego. Tarcica iglasta i liściasta produkowana jest w dwóch grupach: tarcica
ogólnego przeznaczenia i tarcica specjalnego przeznaczenia. W zale\
ności 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 metodÄ… skrawania
bezwiórowego. Fornir jest materiałem, który zachował strukturę drewna, z bardzo
urozmaiconym rysunkiem powstałym w wyniku przecinania pod ró\
nym 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 zło\
onym z grubej warstwy środkowej oklejonej
dwustronnie cienkimi obłogami, obłogami i okleiną lub twardą płytą pilśniową. Warstwa
wewnętrzna mo\
e być zbudowana jako układ blokowy pełny, zło\
ony z listew, deszczułek lub
fornirów, lub w układzie przestrzennym  wtedy warstwa środkowa mo\
e być wykonana
z ró\
nych 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, ró\
niÄ…cymi siÄ™
gęstością. MDF  Medium Density Fibreboard  płyty średniej gęstości. LDF  Light Density
Fibreboard  płyty o zmniejszonej gęstości. HDF  Hight Density Fibreboard  płyta
charakteryzujÄ…ca siÄ™ du\
ą twardością i podwy\
szoną 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
18
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 skrzy\
owany 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 du\
Ä…
powierzchnię przy niewielkiej grubości, mniejszą skłonność do pęknięć i paczenia się. Ze
względu na warstwową strukturę sklejka posiada jednakowe właściwości mechaniczne
niezale\
nie od kierunku działających na sklejkę obcią\
eń.
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 du\
ym ciśnieniem. Ze względu na
wiórową strukturę płyty wiórowe i pilśniowe wykazują właściwości izotropowe.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
19
4.1.2. Pytania sprawdzajÄ…ce
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Jakie rozró\
niamy przekroje w drewnie pnia?
2. Jakie elementy struktury mikroskopowej drewna mo\
esz wymienić?
3. Jaką rolę pełnią naczynia i cewki w rosnącym drzewie?
4. Jaką rolę pełnią promienie rdzeniowe w rosnącym drzewie?
5. Jakie rozró\
niasz elementy budowy makroskopowej drewna?
6. Jakie znasz właściwości fizyczne drewna?
7. Jakie znasz sortymenty tarcicy?
8. Jakie znasz rodzaje tworzyw drzewnych?
9. 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:
1) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
2) przeanalizować treści zawarte w ćwiczeniu,
3) zapoznać się z cechami charakterystycznymi budowy mikroskopowej i makroskopowej
drewna,
4) przeprowadzić obserwację struktury makroskopowej drewna za pomocą oceny
wzrokowej, z ewentualnym u\
yciem lupy powiększającej 5 10-krotnej,
5) zapisać i zanalizować wyniki obserwacji,
6) przeprowadzić obserwację struktury mikroskopowej drewna za pomocą mikroskopu
laboratoryjnego przy powiększeniach 25, 50 i 100 krotnych,
7) zapisać i zanalizować wyniki obserwacji.
Wyposa\
enie 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 ilustrujÄ…ce elementy budowy makroskopowej i mikroskopowej drewna.
Ćwiczenie 2
Na podstawie obserwacji makroskopowych zidentyfikuj gatunek drewna.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
2) przeanalizować treści zawarte w ćwiczeniu,
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
20
3) zapoznać się z cechami charakterystycznymi wyglądu poszczególnych gatunków drewna
4) przyporządkować odpowiednie próbki do właściwego gatunku drewna,
5) zapisać wyniki i porównać z prawidłowymi odpowiedziami.
Wyposa\
enie stanowiska pracy:
 zeszyt przedmiotowy,
 próbki ró\
nych 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:
1) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
2) przeanalizować treści zawarte w ćwiczeniu,
3) zapoznać się z cechami charakteryzującymi jakość drewna,
4) przeprowadzić ocenę jakości próbek drewna,
5) zapisać i zanalizować wyniki obserwacji.
Wyposa\
enie stanowiska pracy:
 zeszyt przedmiotowy,
 próbki drewna do oceny jakościowej,
 lupa powiększająca 5 10-krotna,
 plansze ilustrujÄ…ce wady drewna.
4.1.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak Nie
1) zdefiniować pojęcia: przekrój poprzeczny, podłu\
ny promieniowy,
podłu\
ny styczny?
2) zdefiniować pojęcia: komórka roślinna, naczynia, cewki, miękisz
drzewny?
3) rozpoznać elementy budowy mikroskopowej drewna?
4) rozpoznać elementy budowy makroskopowej drewna?
5) określić właściwości higroskopijne drewna?
6) określić cechy charakterystyczne ró\
nych gatunków drewna?
7) rozró\
nić sortymenty drewna i tworzyw drzewnych?
8) ocenić jakość drewna?
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
21
4.2. Właściwości i zastosowanie metali do wytwarzania
instrumentów muzycznych
4.2.1. Materiał nauczania
Zastosowanie metali w konstrukcji instrumentów muzycznych
Metale sÄ… pierwiastkami chemicznymi i stopami charakteryzujÄ…cymi siÄ™ dobrÄ…
przewodnością elektryczną i cieplną. W stanie stałym metale mają strukturę krystaliczną.
W technice metale stosowane sÄ… w stanie technicznie czystym  czyli z niewielkÄ…
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 \
elaza z węglem.
Metale znajdują się w konstrukcji niemal wszystkich istniejących rodzajów instrumentów
muzycznych, ale ich udział jest bardzo zró\
nicowany. W instrumentach strunowych metale
stosowane są często w mechanizmach mocujących i napinających struny. Struny tych
instrumentów obecnie są równie\
w większości wykonane z materiałów metalowych, choć
spotykane są równie\
struny wykonane z tworzyw sztucznych i naturalnych takich jak
odpowiednio spreparowane jelita zwierzęce. W instrumentach strunowo  klawiszowych
metale stosowane są do wyrobu ram, na których mocowane są struny oraz w mechanizmach
młoteczkowych i innych.
W instrumentach dętych blaszanych metal jest podstawowym materiałem
konstrukcyjnym, inne materiały pełnią funkcje drugorzędne.
W instrumentach dętych drewnianych metale są w największym stopniu stosowane
w budowie całej rodziny saksofonów i większości fletów, gdzie z metalu wykonane są
korpusy instrumentów oraz cała mechanika  klapy, dz
wignie, słupki, sprę\
ynki, 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 dz
więku, takich jak na przykład wibrafony, dzwonki, dzwony rurowe
jak równie\
o nieokreślonej wysokości dz
więku  talerze, gongi, trójkąty. Z metalu
zbudowane sÄ… tak\
e elementy konstrukcyjne wielu instrumentów perkusyjnych.
W organach piszczałkowych  piszczałki w zdecydowanej większości równie\
sÄ…
wykonane z metalu.
Do wyrobu instrumentów muzycznych stosowane są \
eliwa (na przykład ramy
fortepianów i pianin), stale (na przykład struny, elementy mechanizmów w fortepianach,
sprÄ™\
yny, elementy mechanizmów instrumentów dętych blaszanych i drewnianych), mosiądze
(na przykład korpusy instrumentów dętych blaszanych i saksofonów, pedały i drą\
ki pedałowe
w fortepianach i pianinach), nikiel (do pokrywania klap i mechanizmów w instrumentach
dętych drewnianych, do pokrywania kołków stroikowych w fortepianach), miedz
(do owijania
strun basowych w fortepianach), srebro (korpusy fletów wy\
szej klasy, do posrebrzania klap
i mechanizmów w instrumentach dętych), złoto (do pokrywania lub wykonywania korpusów
fletów najwy\
szej klasy, pozłacania mechanizmów w instrumentach dętych). Powy\
sze
przykłady nie wyczerpują mo\
liwych 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
22
Właściwości fizyczne metali
- Gęstość właściwa [kg/m3]. Ze względu na gęstość rozró\
nia się metale lekkie o gęstości
do 3000 kg/m3 na przykład aluminium oraz metale cię\
kie o gęstości większej ni\

3000 kg/m3. Przykładowo średnia gęstość aluminium to 2750 kg/m3 a stali 7850 kg/m3
- Temperatura topnienia. Temperatura topnienia metali zawiera siÄ™ w bardzo szerokich
granicach. W najni\
szej temperaturze topi siÄ™ rtęć -38,78°C, wolfram zaÅ› topi siÄ™
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 ą oraz temperaturowy współczynnik
rozszerzalnoÅ›ci objÄ™toÅ›ciowej ². Współczynniki te wyra\
ane sÄ… w °C-1.
- Przewodnictwo cieplne metali  jest to zdolność do przewodzenia ciepła. Metale są
dobrymi przewodnikami ciepła.
- Przewodność elektryczna metali  wszystkie metale przewodzą prąd elektryczny,
poniewa\
cała objętość metalu wypełniona jest chmurą elektronów swobodnych.
- Własności magnetyczne. Silne właściwości magnetyczne wykazuje \
elazo, kobalt i nikiel
 metale te nale\
ą do ferromagnetyków. Spośród metali słabe własności magnetyczne
wykazuje aluminium i platyna, metale te zaliczane są do paramagnetyków. Właściwości
diamagnetyczne wykazuje cynk, miedz
, złoto.
- Własności chemiczne i aktywność chemiczna metali jest bardzo zró\
nicowana.
Większość metali utlenia się ale tempo utleniania jest ró\
ne. Sód utlenia się bardzo
szybko, du\
o wolniej utlenia siÄ™ \
elazo i miedz
. Metale szlachetne reagujÄ… chemicznie
w stopniu niewielkim (srebro) lub nie wykazują oznak reakcji z otoczeniem się (złoto,
platyna)
- Własności mechaniczne  to zdolność do materiałów do przeciwstawiania się ró\
nym
obciÄ…\
eniom. W badaniach własności wytrzymałościowych określa się zale\
ności między
siłą działającą na metal, a skutkami, które to działanie wywołuje. Własności mechaniczne
metali i ich stopów są w wysokim stopniu zró\
nicowane. Dobierając odpowiednio skład
chemiczny stopów metali mo\
na wpływać na ich wytrzymałość statyczną, dynamiczną,
wytrzymałość zmęczeniową, twardość materiału i inne własności fizyczne.
Stale
Podstawowym składnikiem stali jest \
elazo. Pierwiastek ten w formie technicznie czystej
nie jest stosowany ze względu na niskie własności mechaniczne. śelazo występuje w dwóch
odmianach alotropowych oznaczanych jako \
elazo Ä… i \
elazo Å‚.
Odmiana \
elaza ą krystalizuje w sieci przestrzennie centrycznej A2 (rys. 13). Komórka
A2 jest sześcianem, w którym atomy są rozmieszczone na naro\
ach i w środku sześcianu.
Odmiana ta jest trwała w temperaturze do 768oC
śelazo ł krystalizuje w sieci płasko centrycznej A1. Komórka A1 jest sześcianem,
w którym atomy są rozmieszczone na naro\
ach i na środkach ścian. Ta odmiana \
elaza
występuje w zakresie temperatur 910 1400 oC.
Rys. 13. a) Siatka krystaliczna \
elaza ą (Komórka A2) b) Siatka krystaliczna \
elaza ł (Komórka A1)
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
23
Stal jest to stop \
elaza z węglem plastycznie obrobiony o zawartości węgla nie
przekraczającej 2,11%, co odpowiada granicznej rozpuszczalności węgla w \
elazie. (Stopy
o wy\
szej zawartości węgla to \
eliwa). Stal otrzymuje się z surówki (będącej produktem
redukcji rudy \
elaza w piecu hutniczym) w procesie świe\
enia, w którym z surówki usuwane
są składniki niepo\
ądane głównie poprzez utlenianie tlenem atmosferycznym lub przez
dodanie do wytapianej mieszaniny tlenków.
Węgiel w stopach z \
elazem mo\
e występować w postaci węgla czystego  grafitu lub
węglika \
elaza Fe3C zwanego cementytem. Cementyt jest składnikiem bardzo twardym
i kruchym.
Stal w swoim składzie oprócz \
elaza i węgla zawiera równie\
inne składniki. Do
po\
ądanych składników stopowych  zalicza się głównie metale na przykład (chrom, nikiel,
mangan, wolfram, miedz
, molibden, tytan). Pierwiastki takie jak tlen, azot, siarka oraz
wtrącenia niemetaliczne, głównie tlenków siarki, fosforu, zwane są zanieczyszczeniami.
W zale\
ności 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 powy\
ej wielkości granicznej 
podanej w normach) o właściwościach decydują jej składniki stopowe.
Zale\
ność pomiędzy strukturą stali węglowej i \
eliwa a zawartością węgla ilustruje
wykres równowagowy \
elazo  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 \
elaza
z węglem, w zale\
ności od temperatury i zawartości węgla.
A  eutektyka perlitu (0,77% zawartości
węgla)
B  eutektyka ledeburytu
a  Ä… + perlit
b  cementyt + ledeburyt + perlit
c  cementyt + ledeburyt
d  cementyt + grafit
e  Ferryt Ä…
f  Ä… + Å‚
g  austenit Å‚
h  Å‚ + Fe3C + ledeburyt
i  Fe3C + ledeburyt
j  Å‚ + ciecz
k  Ciecz (płynny roztwór \
elaza
i węgla)
l  Ciecz + Fe3C
m  ´ + Å‚
n  "
o  Å‚ + ciecz
Rys. 14 Wykres \
elazo  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 ni\
sza od temperatury krzepnięcia
czystych składników.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
24
- Austenit  roztwór stały węgla w \
elazie Å‚. W czystych stopach \
elaza z węglem jest
trwały w temperaturze powy\
ej 723°C.
- Ferryt  roztwór stały węgla w \
elazie ą. Jako samoistny składnik strukturalny występuje
w niskowęglowych stalach.
- Perlit  mieszanina eutektoidalna ferrytu i cementytu, powstajÄ…ca w temperaturze 723°C
podczas chłodzenia austenitu.
- Cementyt (węglik \
elaza Fe3C) zawiera 6,67% węgla.
- Bainit  mieszanina ferrytu i cementytu, powstajÄ…ca w wyniku izotermicznej przemiany
austenitu przechÅ‚odzonego do temperatury 550 400°C
- Ledeburyt  mieszanina eutektyczna austenitu i cementytu, trwała w temperaturze 1147
723°C. Podczas chÅ‚odzenia, w temperaturze 723°C wskutek rozpadu austenitu powstaje
tak zwany ledeburyt przemieniony, składający się z perlitu i cementytu wtórnego.
Z analizy wykresu wynika, \
e wraz ze wzrostem udziału węgla struktura stopu \
elaza
z węglem przybiera odmienne formy:
- przy bardzo niewielkiej domieszce węgla, poni\
ej 0,0218% udaje się uzyskać niemal
czyste \
elazo Ä… 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
poni\
ej 723°C ledeburyt przemieniony. Ledeburyt jest eutektykÄ…,
- 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  sÄ… mieszaninami perlitu,
cementytu lub grafitu i ledeburytu,
- powy\
ej 2,11%  \
eliwa, sÄ… mieszaninami cementytu lub grafitu i ledeburytu.
Więcej informacji na temat klasyfikacji i właściwości stali oraz sposobu interpretacji
wykresu \
elazo  węgiel znajdziesz w literaturze [4]
Przykłady zastosowania stali w budowie instrumentów muzycznych
SprÄ™\
yny
W instrumentach dętych blaszanych stosowane są sprę\
yny śrubowe, znajdują się one
w tłoczkowych mechanizmach wentylowych. Ich rolą jest wypchnięcie tłoczka wciśniętego
uprzednio przez muzyka. SprÄ™\
yny płaskie i sprę\
yny o przekroju okrągłym stosowane są
glównie w mechanizmach instrumentów dętych drewnianych. Sprę\
yny te dociskajÄ… klapy do
otworów w korpusie instrumentów lub wypychają do poło\
enia spoczynkowego klapy
naciśnięte przez muzyka. Sprę\
yny okrągłe mają średnicę 0,30 1.4 mm i długość 30 90 mm,
sprÄ™\
yny płaskie mają grubość do około 1 mm, szerokość 1 5 mm i długość do
kilkudziesięciu mm.
Stale do wytwarzania sprÄ™\
yn to stale sprÄ™\
ynowe. Są one stalami węglowymi
zawierającymi 0.6% 0,85% węgla lub stalami niskostopowymi zawierającymi dodatki
krzemu, manganu, chromu i wanadu. Większość stali sprę\
ynowych charakteryzuje siÄ™
podwy\
szoną zawartością krzemu, która normalnie jest niepo\
Ä…danym zanieczyszczeniem.
W tych jednak zastosowaniach jest dodatkiem wymaganym, obni\
ającym plastyczność stali.
Popularna nazwa grup stali do wykonywania sprÄ™\
yn 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
25
Rys. 15. Stalowa sprÄ™\
yna śrubowa, stosowana w mechanizmie wentylowym trąbki
Struny stalowe
Struny wykonywane sÄ… ze stalowego drutu patentowanego, charakteryzujÄ… siÄ™ wysokÄ…
wytrzymałością na rozciąganie. Patentowanie to obróbka cieplna drutu stalowego; polegająca
na nagrzaniu go do temp. 850 900°C, wygrzaniu w tej temperaturze i nastÄ™pnie ochÅ‚odzeniu,
najczęściej w kÄ…pieli oÅ‚owiowej lub solnej o temp. 480 510°C. Patentowanie ma na celu
usunięcie śladów uprzedniego zgniotu i nadanie stali struktury bainitycznej, zapewniającej
mo\
liwość dalszego przeciągania drutu na zimno w celu uzyskania mniejszej średnicy; w
razie potrzeby patentowanie powtarza siÄ™. Po ostatnim przeciÄ…ganiu na zimno drut osiÄ…ga
wytrzymałość na rozciąganie powy\
ej 1600 MPa. TÄ… metodÄ… wytwarza siÄ™ drut fortepianowy,
u\
ywany do produkcji strun.
śeliwo
śeliwo  jest to stop odlewniczy \
elaza 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 \
eliwnego w piecach zwanych \
eliwniakami. 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 \
eliwa stosowanego
do wytwarzania elementów instrumentów muzycznych jest właściwość tłumienia drgań.
W zale\
ności od postaci węgla zawartego w \
eliwie rozró\
niamy:
- 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 \
eliwa szarego odznaczają się dobrą wytrzymałością na ściskanie.
- śeliwo ciągliwe  powstaje przez wy\
arzanie w atmosferze utleniającej lub obojętnej
\
eliwa białego. śeliwo to charakteryzuje się większą udarnością ni\
\
eliwo białe.
- śeliwa modyfikowane i sferoidalne  cechują się podwy\
szoną wytrzymałością na
rozciąganie oraz ciągliwością
Przykłady zastosowania \
eliw w budowie instrumentów muzycznych
śeliwa stosowane są głównie do wytwarzania ram fortepianów i pianin. Ramy odlewane
sÄ… z szarego \
eliwa ciągliwego. Taki materiał odró\
nia siÄ™ od stali i innych metali niskÄ… cenÄ…
(co jest istotne przy masie ramy w granicach 100 200 kg), zdolnością przyjmowania
w odlewie zło\
onych kształtów, właściwością tłumienia drgań i wytrzymałością na statyczne
obciÄ…\
enia ściskające. Forma i rozmiar ramy określone są przez kształt instrumentu, jego
wymiary i rozplanowanie naciÄ…gu strunowego.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
26
Rys. 16. Rama fortepianu wykonana z \
eliwa i polakierowana na złocisty kolor
MosiÄ…dz
MosiÄ…dz  stop miedzi i cynku zawierajÄ…cy do 40% tego metalu. MosiÄ…dze mogÄ…
zawierać tak\
e dodatki takich metali jak ołów, aluminium, cyna , mangan, \
elazo i chrom oraz
krzem. Topi siÄ™ w temperaturze ok. 1000°C (zale\
nie od składu stopu).
MosiÄ…dz ma kolor \
ółty (złoty), lecz przy mniejszych zawartościach cynku zbli\
a siÄ™ do
naturalnego koloru miedzi. Stop ten jest odporny na korozję, ciągliwy, podatny na obróbkę
plastyczną. Posiada dobre właściwości odlewnicze.
Ze względu na wymienione właściwości wa\
nym zastosowaniem mosiÄ…dzu 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 dz
wignie 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
27
BrÄ…z
Brąz to stop miedzi z cyną oraz innymi dodatkami. Rozró\
nia siÄ™ brÄ…zy cynowe, brÄ…zy
ołowiowe, fosforobrązy (brązy z dodatkiem fosforu) i inne. Brązy topią się w temperaturze
860 1060°C (zale\
nie 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/m3. 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 równie\
stop GS składający się z 90% srebra i 10% złota.
ZÅ‚oto
Złoto  metal szlachetny  bardzo miękki, kowalny i ciągliwy, charakteryzuje się
lśniącym \
ółtym połyskiem. Jest metalem o du\
ej gęstości  wynoszącej 19300 kg/m3..
Temperatura topnienia wynosi 1064°C. ZÅ‚oto bardzo dobrze przewodzi prÄ…d i ciepÅ‚o. Jest
mało aktywne chemicznie, w temperaturze pokojowej wykazuje odporność na działanie
większości kwasów. Roztwarza się w wodzie królewskiej (mieszanina stę\
onego 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, miedz
, cynk ze względu na lepsze
własności mechaniczne takich stopów i ich ni\
szÄ… cenÄ™.
W zale\
ności od zawartości złota w stopie rozró\
nia 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
28
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 najwy\
szej klasy. Często
pozłacane są wewnętrzne powierzchnie główek i korpusów fletów a tak\
e ustniki
instrumentów dętych blaszanych.
a) b)
c)
d)
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 du\
ej gęstości  21090 kg/mł. W postaci czystej o barwie
srebrzystobiałej. Jest metalem kowalnym i łatwo ciągliwym.
Platyna wykorzystywana jest do pokrywania korpusów fletów wysokiej jakości. Stosuje
się równie\
czystą platynę do wykonywania główek fletów i sporadycznie do całego korpusu.
Stopy lutownicze
Do łączenia elementów instrumentów dętych blaszanych oraz saksofonów u\
ywa siÄ™
lutowania twardego. Lutowanie to odbywa siÄ™ w temperaturze powy\
ej 550°C.
W lutowaniu twardym spoinę tworzą stopy o ró\
norodnym składzie chemicznym. Rodzaj
stopu lutowniczego uzale\
niony jest od rodzaju Å‚Ä…czonych 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 Skład spoiwa Dolna i górna
DIN 8513 w %  wag. tem. topnienia [°C]
L-CuP6 93,8 miedz
; 6,2 fosfor 710-880
L-Ag5P 5 srebro; 89,0 miedz
; 6,0 fosfor 650-810
L-Ag30Cd 30 srebro; 28 miedz
; 21 cynk; 21 kadm 600-690
L-Ag40Cd 40 srebro; 19 miedz
; 21 cynk; 20 kadm 595-630
L-Ag45Sn 45 srebro; 27 miedz
; 3 cyna; 25 cynk 640-680
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
29
Tabela 3. Przykłady zastosowań metali w konstrukcji instrumentów muzycznych  zestawienie
Rodzaj metalu Przykłady zastosowania w budowie instrumentów muzycznych
Stopy metali \
elaznych
Stopy \
elaza z śeliwo Ramy fortepianów i pianin
węglem i innymi Stale Instrumenty strunowe: struny stalowe, mechanizmy mocujące
składnikami i napinające struny, elementy mechanizmów w fortepianach
i pianinach.
Instrumenty dęte: sprę\
yny, mechanizmy wentylowe, elementy
mechanizmów instrumentów dętych drewnianych (śruby, wkręty,
sworznie).
Instrumenty perkusyjne: dzwonki, wibrafony, osprzęt instrumentów
perkusyjnych.
Metale nie\
elazne i ich stopy
Miedz
i stopy Miedz
Stosowana do owijania strun basowych w fortepianach i pianinach
miedzi oraz w gitarach.
BrÄ…zy Instrumenty perkusyjne: talerze, gongi
BrÄ…z (80% miedzi, 20% cyny)  stosowany jest do owijania strun
gitar elektrycznych
BrÄ…zy z dodatkiem fosforu  do 0,5% (fosforobrÄ…zy) stosowane sÄ…
do wyrobu sprÄ™\
yn płaskich stosowanych w mechanizmach
instrumentów dętych drewnianych oraz do powlekania strun gitar
elektrycznych.
Mosiądze Korpusy instrumentów dętych blaszanych, korpusy saksofonów,
Instrumenty perkusyjne: talerze, gongi, korpusy kotłów
orkiestrowych,
Instrumenty strunowe: progi na gryfach gitar.
Stopy miedziowo  Klapy i dz
wignie w instrumentach dętych drewnianych.
cynkowo  niklowe
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 obcią\
ników do wywa\
ania i regulacji
mechanizmów w fortepianach i pianinach.
Spoiwa Stopy cynowo  Do łączenia elementów instrumentów dętych blaszanych oraz
ołowiowe, cynowe, niektórych instrumentów dętych drewnianych (flety, saksofony).
mosiÄ™\
ne
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
30
4.2.2. Pytania sprawdzajÄ…ce
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Jakie wspólne cechy są charakterystyczne dla ka\
dego metalu?
2. Jakie są właściwości fizyczne metali?
3. Jakie informacje są zawarte w równowagowym wykresie \
elazo  węgiel?
4. Jakie znasz składniki strukturalne stopów \
elaza z węglem?
5. Jakie znasz odmiany stali i \
eliw?
6. Jaki jest podstawowy skład chemiczny brązów i mosiądzów?
7. Jaka jest odporność chemiczna poszczególnych rodzajów metali i ich stopów?
8. Jakie zastosowanie w budowie instrumentów znajduje stal i \
eliwo?
9. Jakie zastosowanie w budowie instrumentów znajdują stopy metali nie\
elaznych?
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:
1) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
2) przeanalizować treści zawarte w ćwiczeniu,
3) zapoznać się z właściwościami fizycznymi ró\
nych metali \
elaznych i nie\
elaznych i ich
stopów,
4) przyporządkować odpowiednie próbki do właściwego rodzaju metalu,
5) zapisać wyniki i porównać z prawidłowymi odpowiedziami.
Wyposa\
enie stanowiska pracy:
 zeszyt przedmiotowy,
 próbki ró\
nych rodzajów metali z opisem ich cech charakterystycznych,
 katalog stali, \
eliw, metali nie\
elaznych.
Ćwiczenie 2
Określ odporność na warunki atmosferyczne ró\
nych rodzajów stali i metali
nie\
elaznych.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
2) przeanalizować treści zawarte w ćwiczeniu,
3) zapoznać się z właściwościami chemicznymi ró\
nych metali \
elaznych i nie\
elaznych
i ich stopów,
4) podzielić próbki na dwie jednakowe grupy,
5) pierwszą grupę próbek zanurzyć próbki metali w wodzie na kilka dni (ka\
da próbka
w osobnym naczyniu),
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
31
6) drugą grupę próbek pozostawić na wolnym powietrzu,
7) po kilku dniach zaobserwować zmiany, jakie zaszły na powierzchni próbek metalu,
8) zapisać wyniki i wyciągnąć wnioski.
Wyposa\
enie stanowiska pracy:
 zeszyt przedmiotowy,
 próbki ró\
nych rodzajów metali,
 naczynia szklane do zanurzenia próbek,
 lupa do obserwacji nalotu na powierzchni próbek,
 katalog stali, \
eliw, metali nie\
elaznych.
Ćwiczenie 3
Zidentyfikuj metal z którego została wykonana próbka oraz wska\
elementy
instrumentów muzycznych wykonane z takiego materiału.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
2) przeanalizować treści zawarte w ćwiczeniu,
3) zapoznać się z zastosowaniem metali do budowy instrumentów muzycznych,
4) zidentyfikować rodzaj metalu, z którego wykonana jest dana próbka,
5) określić mo\
liwe zastosowania metalu do budowy elementów instrumentu muzycznego,
6) zapisać wyniki i wyciągnąć wnioski.
Wyposa\
enie stanowiska pracy:
 zeszyt przedmiotowy,
 próbki ró\
nych rodzajów metali,
 elementy instrumentów muzycznych wykonane z metalu,
 katalogi instrumentów muzycznych.
4.2.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak Nie
1) określić właściwości fizyczne metali?
2) zdefiniować pojęcia: stal węglowa, stal stopowa, \
eliwo?
3) określić główne składniki stopowe stali stopowej?
4) posłu\
yć się wykresem równowagowym \
elazo  węgiel?
5) określić składniki strukturalne stopów \
elaza z węglem?
6) określić ogólny skład stopów mosiądzu i brązu?
7) określić zastosowanie stali i \
eliw do budowy instrumentów?
8) określić zastosowanie stopów metali nie\
elaznych do budowy
instrumentów?
9) podać przykłady zastosowania poszczególnych rodzajów metali
i stopów metali do budowy instrumentów muzycznych?
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
32
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 odró\
nieniu od metali  które mają
budowę krystaliczną  tworzywa sztuczne są w większości amorficzne, czyli mają strukturę
bezpostaciowÄ….
Tworzywa sztuczne dzieli siÄ™ na:
- Duromery  twarde, trudnotopliwe o wysokiej odporności mechanicznej słu\
Ä…ce jako
materiały konstrukcyjne  inaczej nazywane sztucznymi metalami. Niektóre duromery
zastępują te\
materiały ceramiczne.
- Plastomery  popularnie zwane termoplastami są mniej sztywne od duromerów. Topią sie
pod wpływem wysokiej temperatury. Dzięki temu mo\
na je przetwarzać poprzez topienie
i wtryskiwanie do form lub wytłaczanie. W ten sposób mo\
na z nich uzyskać wyroby
o bardzo skomplikowanych kształtach. Plastomery stosowane są zamiast drewna
i niekiedy zamiast metalu.
- Elastomery  tworzywa, które mo\
na 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 te\
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
Poni\
ej podano najwa\
niejsze 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,
- mo\
liwość 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
33
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 ni\
szej klasy  czyli szkolne.
DodatkowÄ… zaletÄ… tego tworzywa jest ni\
sza  w porównaniu z drewnem gęstość, dzięki
czemu instrument jest l\
ejszy, co jest istotne gdy na instrumencie gra dziecko. Korpus
wykonany z tworzywa ABS jest odporny na działanie wilgoci i na zmiany temperatury.
Poni\
ej 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 ju\
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 sprÄ™\
ynki mechanizmu, ligaturka
i obciÄ…\
niki majÄ…ce za zadanie wywa\
enie instrumentu.
Rys. 22. Klarnet C Lyons
Z tworzywa ABS wykonywane są równie\
elementy korpusów gitar klasycznych ni\
szej
klasy.
Nylon
Nylon to syntetyczny polimer z grupy poliamidów słu\
ący do wytwarzania włókna
syntetycznego o bardzo du\
ej 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 siÄ™ naciÄ…gi perkusyjne na werble i inne perkusyjne instrumenty
membranowe.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
34
Rys. 23. NaciÄ…g perkusyjny do werbla
Gore  tex
Gore  Tex  to znak towarowy nale\
Ä…cy 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 ni\
pojedyncze
molekuły wody z jakich składa się para wodna a jednocześnie mniejsze ni\

wielocząsteczkowe pakiety z jakich składa się woda w stanie płynnym. Umo\
liwia to
transport pary wodnej z ośrodka o większym stę\
eniu 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 wcią\
nowe odmiany tworzyw, które mogą
znalez
ć zastosowanie w budowie instrumentów muzycznych. Dlatego omówione powy\
ej
tworzywa sztuczne to jedynie część materiałów, które słu\
ą do budowy instrumentów
muzycznych.
Zastosowanie innych materiałów w konstrukcji instrumentów muzycznych
Oprócz drewna, metali i tworzyw sztucznych, do wytwarzania instrumentów muzycznych
stosuje się równie\
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 du\
ego 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 siÄ™ sukna i filce.
Z filcu wykonuje się główki młoteczków fortepianów i pianin. Jakość dz
więku
wydobytego ze struny w du\
ym stopniu zale\
y od jakości i twardości filcowej okleiny
młoteczka. Parametry filców stosowanych na poszczególne grupy młoteczków muszą być
precyzyjnie dobrane. Dz
więk 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
35
składowych dz
więku ulega stłumieniu. Im wy\
szy rejestr tym główki młoteczków pokrywane
sÄ… twardszym filcem.
Rys. 25. Główki młoteczków fortepianowych
Filcem pokrywa się równie\
główki pałeczek do gry na kotłach orkiestrowych oraz do gry
na bębnach wielkich. Filc słu\
y równie\
jako materiał tłumiący stuki w mechanizmach wielu
instrumentów muzycznych (fortepian, trąbka, saksofon)
Skóra
Skóra nale\
y 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 równie\
sprÄ™\
ystym elementem pośredniczącym umo\
liwiajÄ…cym
wciskowe połączenie korpusów instrumentów drewnianych. Za pomocą korka łączone
z baryłką lub fajką (w saksofonach) są równie\
ustniki tych instrumentów. Z tego materiału
wykonywane są równie\
niektóre poduszki do zakrywania otworów w instrumentach dętych
drewnianych.
Rys. 27. PÅ‚yty z korka (z lewej) oraz tulejka z korka do fajki saksofonu
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
36
4.3.2. Pytania sprawdzajÄ…ce
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Jakie są wspólne cechy charakterystyczne dla tworzyw sztucznych?
2. Jakie znasz rodzaje tworzyw sztucznych stosowanych do budowy elementów
instrumentów muzycznych?
3. Jakie zalety i wady sÄ… charakterystyczne dla tworzyw sztucznych?
4. Jakie elementy instrumentów muzycznych z poszczególnych grup wykonane są z tworzyw
sztucznych?
5. Jakie właściwości posiada tworzywo Gore Tex?
6. Jaką rolę w budowie fortepianów i pianin pełni filc?
7. Jakie zastosowanie w budowie instrumentów muzycznych posiada skóra naturalna?
8. Jakie funkcje pełni korek w instrumentach dętych drewnianych?
4.3.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Zidentyfikuj rodzaj tworzywa sztucznego stanowiÄ…cego element konstrukcyjny
instrumentu muzycznego.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
2) przeanalizować treści zawarte w ćwiczeniu,
3) zapoznać się z cechami charakterystycznymi poszczególnych rodzajów tworzyw
sztucznych,
4) przyporządkować odpowiednie próbki do właściwego rodzaju tworzywa sztucznego,
5) zapisać wyniki i porównać z prawidłowymi odpowiedziami.
Wyposa\
enie stanowiska pracy:
 zeszyt przedmiotowy,
 próbki ró\
nych rodzajów tworzyw sztucznych,
 katalogi tworzyw sztucznych.
Ćwiczenie 2
Zidentyfikuj rodzaj tworzywa, z którego wykonane są próbki oraz wska\
elementy
instrumentów muzycznych wykonane z tego materiału.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
2) przeanalizować treści zawarte w ćwiczeniu,
3) zapoznać się z zastosowaniem tworzyw sztucznych i innych materiałów do budowy
instrumentów muzycznych,
4) zidentyfikować rodzaj materiału, z którego wykonana jest dana próbka,
5) wskazać elementy instrumentów muzycznych wykonane z takiego samego tworzywa jak
materiał próbki,
6) zapisać wyniki i wyciągnąć wnioski.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
37
Wyposa\
enie stanowiska pracy:
 zeszyt przedmiotowy,
 próbki ró\
nych 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:
1) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
2) przeanalizować treści zawarte w ćwiczeniu,
3) określić funkcję, jaką pełni w instrumencie zadany element,
4) dobrać materiał, z którego mo\
na wykonać zadany element instrumentu muzycznego,
5) zapisać wyniki i wyciągnąć wnioski.
Wyposa\
enie stanowiska pracy:
 zeszyt przedmiotowy,
 elementy instrumentów muzycznych,
 próbki ró\
nych rodzajów materiałów (tworzyw sztucznych, skóry, filcu, korka),
 katalogi instrumentów muzycznych.
4.3.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak Nie
1) określić podstawowe właściwości fizyczne tworzyw sztucznych?
2) zdefiniować pojęcia: duromery, plastomery, eleastomery?
3) określić główne składniki tworzyw sztucznych?
4) określić przykładowe zastosowania ebonitu w konstrukcji
instrumentów muzycznych?
5) określić przykładowe zastosowania tworzyw ABS, nylonu, poliestrów
w konstrukcji instrumentów muzycznych?
6) określić cechy charakterystyczne materiału Gore Tex?
7) określić wpływ grubości i twardości filcu pokrywającego główkę
młoteczka na barwę dz
więku struny fortepianu?
8) określić zastosowanie skóry i korka do budowy instrumentów?
9) dobrać odpowiedni materiał do wytworzenia zadanego elementu
konstrukcyjnego instrumentu muzycznego?
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
38
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,
 sprÄ™\
ystość i plastyczność,
 twardość.
Materiał izotropowy posiada jednakowe właściwości mechaniczne we wszystkich
kierunkach. W materiałach anizotropowych własności mechaniczne zale\
Ä… od kierunku
działania obcią\
eń.
Drewno ma budowę włóknistą, co powoduje, \
e jest materiałem anizotropowym. Przy
zastosowaniu drewna zawsze nale\
y brać pod uwagę, \
e własności mechaniczne
warunkowane są wieloma czynnikami, do których nale\
ą przede wszystkim: wilgotność
drewna, gęstość, udział drewna wczesnego i póz
nego 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 wzdłu\
włókien, w kierunku stycznym
i promieniowym wytrzymałość jest wielokrotnie ni\
sza. Im większy jest udział promieni
rdzeniowych w drewnie, tym mniejsze jest zró\
nicowanie właściwości mechanicznych, które
głównie uwarunkowane jest równoległym do osi pnia uło\
eniem komórek.
Wzrost wilgotności od 0% do punktu nasycenia włókien powoduje spadek wytrzymałości
drewna, natomiast zmiany wilgotności powy\
ej punktu nasycenia nie majÄ… ju\
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 póz
nego. Obecność wad w drewnie, szczególnie sęków (ich
rodzaj i rozmieszczenie) oraz niewielki nawet udział zgnilizny powoduje obni\
enie
wytrzymałości drewna.
Metale do zastosowań technicznych wykazują właściwości izotropowe, co znaczy, \
e ich
wytrzymałość mechaniczna nie zale\
y od kierunku przyło\
enia obciÄ…\
enia. Wytrzymałość
metali zale\
y od ich składu chemicznego i zastosowanej obróbki cieplnej.
Odkształceniem nazywamy zmianę wymiarów lub kształtu wywołane działaniem na
materiał obcią\
eń zewnętrznych. Obcią\
eniem zewnętrznym nazywamy siły lub momenty sił
działające na materiał.
W obliczeniach wytrzymałościowych jako model ciała rzeczywistego przyjmuje się ciało
sprÄ™\
ysto  plastyczne, które charakteryzuje się następującymi cechami:
- odkształcalnością  czyli zdolnością do zmiany kształtu lub wymiarów pod wpływem
obciÄ…\
eń zewnętrznych,
- sprÄ™\
ystością  czyli zdolnością do odkształceń sprę\
ystych, czyli takich, które ustępują
po zaprzestaniu działania obcią\
enia,
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
39
- plastycznością  czyli zdolnością do odkształceń trwałych, czyli takich, które nie znikają
po zaprzestaniu działania obcią\
enia,
- wytrzymałością  czyli maksymalną wartością obcią\
enia, której przekroczenie powoduje
zniszczenie obciÄ…\
onego ciała poprzez utratę spójności materiału (na przykład
rozerwanie, złamanie).
Proste rodzaje obciÄ…\
enia
Elementy poddawane obciÄ…\
eniom podlegają odkształceniom. Obcią\
enia mo\
na
sklasyfikować w zale\
ności od charakteru odkształceń, jakim ulega poddany im element.
Podstawowe rodzaje obciÄ…\
eń to rozciąganie, ściskanie, zginanie, ścinanie i skręcanie. Na
poni\
szym rysunku przedstawiono obciÄ…\
enia proste, które występują gdy materiał obcią\
any
jest tylko jednym rodzajem obciÄ…\
enia. Gdy na materiał działają jednocześnie dwa lub więcej
obciÄ…\
eń, na przykład skręcanie i zginanie, to w takim wypadku występuje zło\
ony stan
obciÄ…\
eń.
Rys. 28. Podstawowe rodzaje obciÄ…\
eń. a) rozciąganie, b) ściskanie, c) zginanie, d) ścinanie, e) skręcanie
W wyniku działających obcią\
eń i spowodowanego tym odkształcenia w materiale
powstają siły wewnętrzne. Stosunek siły wewnętrznej do przekroju poprzecznego materiału to
naprÄ™\
enie średnie. Naprę\
enie mo\
na rozło\
yć na działające w kierunku prostopadłym do
powierzchni przekroju S  naprÄ™\
enie normalne Ã, oraz na dziaÅ‚ajÄ…ce w kierunku stycznym do
powierzchni  naprÄ™\
enie styczne Ä.
Rys. 29. NaprÄ™\
enia normalne à i styczne Ä
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
40
JednostkÄ… naprÄ™\
enia jest paskal [Pa] i jego wielokrotności [kPa], [MPa]. Naprę\
enie
jednego paskala wywołuje siła jednego niutona działająca na powierzchnię 1 m2.
N
1Pa = 1
m2
W zastosowaniach technicznych stosuje się najczęściej wielokrotność paskala 
megapaskal [MPa]. NaprÄ™\
enie jednego megapaskala to siła jednego meganiutona [MN]
działająca na powierzchnię 1 m2. Poniewa\
w technice rzadko spotyka się siły rzędu
meganiutonów i pola powierzchni przekrojów obcią\
onych rzędu metrów kwadratowych, to
najczęściej stosuje się modyfikację tej definicji i naprę\
enie jednego megapaskala określa się
jako stosunek siły o wartości 1niutona działającej na powierzchnię 1 mm2.
N
1MPa = 1
mm2
NaprÄ™\
enia normalne à występują przy rozciąganiu, ściskaniu i zginaniu. Naprę\
enia
styczne Ä wystÄ™pujÄ… przy Å›cinaniu i skrÄ™caniu. NaprÄ™\
enie normalne à to stosunek siły
normalnej do pola przekroju. NaprÄ™\
enia zginajÄ…ce Ãg to stosunek momentu gnÄ…cego do
wskaz
nika wytrzymałości przekroju na zginanie.
F
à = [MPa] (3)
S
M
g
à = [MPa] (4)
g
Wx
F  siła normalna [N]
S  pole przekroju poprzecznego [mm2]
Mg  moment zginajÄ…cy [Nm]
Wx  wskaz
nik wytrzymałości przekroju na zginanie [m3]
NaprÄ™\
enia styczne Äs to stosunek momentu skrÄ™cajÄ…cego do wskaz
nika wytrzymałości
przekroju na skrÄ™canie lub stosunek siÅ‚y tnÄ…cej do pola przekroju poprzecznego (Ät).
M
s
Ä = [MPa] (5)
s
W0
Ft
Ä = [MPa] (6)
t
S
Ms  moment skręcający [Nm]
Wo  wskaz
nik wytrzymałości na skręcanie [mm3]
Ft  siła tnąca [N]
Zale\
ność pomiędzy obcią\
eniem a odkształceniem
Zale\
ność pomiędzy obcią\
eniem a odkształceniem omówiona będzie na przykładzie
rozciągania. Rozciąganiem występuje, gdy na pręt działają dwie równe co do wartości siły,
skierowane przeciwnie, przyło\
one do końca prętów i działające wzdłu\
jego osi.
Rys. 30. Schemat rozciągania pręta
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
41
Pod wpływem obcią\
eń, jakim poddany jest pręt, występuje przyrost jego długości
o wartość "l oraz zmniejszenie średnicy pręta o wartość "D. Wartość "l to wydłu\
enie
bezwzględne pręta, natomiast "D to bezwzględne zmniejszenie jego średnicy. Wartość
wydłu\
enia bezwzględnego zale\
y od długości początkowej l. Do dokładniejszego opisu
wartości odkształcenia stosowane jest wydłu\
enie wzglÄ™dne µ. WydÅ‚u\
enie względne to
stosunek przyrostu długości do długości początkowej.
"l
µ = [  ] (7)
l
lub
"l
µ = Å"100 [%] (8)
l
Zale\
ność pomiędzy obcią\
eniem a odkształceniem formułuje prawo Hooke a, ustalone
doświadczalnie w roku 1678.
Prawo Hooke a:
Przy dostatecznie małych wartościach wydłu\
enia, odksztaÅ‚cenia µ sÄ… wprost proporcjonalne
do naprÄ™\
eń à wywołujących te odkształcenia:
Ã
µ = [  ] (9)
E
µ - wydÅ‚u\
enie względne sprę\
yste [  ]
E  współczynnik sprę\
ystości wzdłu\
nej (moduł Younga) [MPa]
Współczynnik sprę\
ystości wzdłu\
nej zale\
y 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,
korzystajÄ…c z zale\
ności wynikającej z prawa Hooke a:
F Å" l F Å" l
"l = E = [MPa] (10)
E Å" S "l Å" S
"l  wydłu\
enie bezwzględne [mm]
l  długość początkowa pręta [mm]
S  pole przekroju poprzecznego [mm2]
W celu wyznaczenia własności wytrzymałościowych materiałów konstrukcyjnych,
przeprowadza się badania wytrzymałościowe. Podstawową próbą słu\
ącą 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 obciÄ…\
a się siłą rozciągającą, wzrastającą powoli (quasi statycznie). Pod
działaniem siły próbka się wydłu\
a. Przy dostatecznie du\
ej sile pojawia się w próbce
przewÄ™\
enie czyli miejscowe wyraz
ne zmniejszenie przekroju próbki, a następnie zerwanie
próbki.
W wyniku przeprowadzenia próby rozciągania otrzymuje się wykres rozciągania, który
pokazuje jak pod wpływem wzrostu siły rozciągającej wydłu\
a się próbka. Wykres ten
charakteryzuje własności wytrzymałościowe materiału. Na podstawie próby rozciągania
wyznacza się granicę plastyczności (wyraz
ną lub umowną), wytrzymałość na rozciąganie,
wydłu\
enie względne i przewę\
enie.
Typowy wykres otrzymany na podstawie przeprowadzenia statycznej próby rozciągania
stali węglowej o wyraz
nej granicy plastyczności pokazuje rysunek nr 33.
Po rozpoczęciu próby wzrastające naprę\
enia powodują liniowy wzrost odkształcenia.
W zakresie tym obowiązuje prawo Hooke'a  odkształcenia mają charakter sprę\
ysty. Po
osiągnięciu naprę\
enia Re, zwanego granicÄ… sprÄ™\
ystości, materiał przechodzi w stan
plastyczności, a odkształcenie staje się nieodwracalne. Dalsze zwiększanie naprę\
enia
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
42
skutkuje nieliniowym wzrostem odkształcenia, a\
do momentu wystÄ…pienia zauwa\
alnego,
lokalnego przewÄ™\
enia zwanego szyjkÄ…. NaprÄ™\
enie, w którym pojawia się szyjka, zwane jest
wytrzymałością na rozciąganie Rm. Dalsze rozciąganie próbki powoduje jej zerwanie przy
naprÄ™\
eniu rozrywajÄ…cym Ru.
Rys. 31. Maszyna do prób wytrzymałościowych (zrywarka)
Rys. 32. Wykres rozciÄ…gania dla stali o wyraz
nej granicy plastyczności
Kształt krzywej ilustrującej rozciąganie zale\
y od parametrów wytrzymałościowych
materiału próbki.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
43
Rys. 33. Wykres rozciągania ró\
nych materiałów: 1  stal węglowa ok. 0,1% C,
2  \
eliwo, 3  \
elazo czyste, 4  miedz
, 5  złoto
Z rysunku nr 33 wynika, \
e do momentu zniszczenia (rozerwania próbki) materiału
plastycznego występują du\
e odkształcenia plastyczne (krzywe 3, 4, 5), natomiast zniszczenie
części wykonanej z materiału kruchego następuje nagle, przy znikomo małych
odkształceniach plastycznych (\
eliwo  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 du\
Ä… na
ściskanie. Dlatego na przykład \
eliwna rama fortepianu jest skonstruowana w ten sposób, \
e
naciąg strun wywołuje w ramie naprę\
enia ściskające.
Wytrzymałość zmęczeniowa
Wytrzymałość zmęczeniowa określa odporność materiału na działanie obcią\
eń
zmiennych. NaprÄ™\
enia zmienne w ka\
dej chwili przybierają inną wartość lub znak. Zwykle
zmiany te mają charakter regularny, których przebieg w czasie jest zbli\
ony do sinusoidy.
Rys. 34. Typowy przebieg obciÄ…\
eń zmęczeniowych
Wytrzymałość zmęczeniowa materiału to najwy\
sze naprÄ™\
enie, które materiał mo\
e
przenieść nieograniczoną liczbę razy w zało\
onych warunkach eksploatacji.
Wytrzymałością zmęczeniową Z (lub granicą zmęczenia) nazywamy takie maksymalne
naprÄ™\
enie Ãmax dla danego cyklu naprÄ™\
eń, przy którym element nie dozna zniszczenia po
osiągnięciu umownej granicznej liczby cykli naprę\
eÅ„ (dla stali N = 10‡106 cykli).
Na podstawie przeprowadzonych badaÅ„ zmÄ™czeniowych otrzymuje siÄ™ wykres Wöhlera
Z wykresu tego mo\
na odczytać wartość wytrzymałości zmęczeniowej Zgo dla obcią\
eń
zmiennych symetrycznych.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
44
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:
L
U = [J/mm2] (11)
S
Miarą udarności Kc jest stosunek energii zu\
ytej na złamanie próbki za pomocą
jednorazowego uderzenia do przekroju poprzecznego próbki w miejscu karbu:
K
Kc = [J/mm2] (12)
S
K  praca uderzenia [J]
S  powierzchnia poczÄ…tkowa przekroju w miejscu karbu [mm2]
Próby udarowe wykonuje się w celu określenia wpływu prędkości obcią\
enia
i odkształcenia na własności mechaniczne materiałów przy obcią\
eniach dynamicznych.
Wzrost prędkości obcią\
enia powoduje podwy\
szenie granicy plastyczności i wytrzymałości
materiału oraz zmniejszenie odkształceń plastycznych. Materiał staje się bardziej kruchy.
Z badań udarnościowych wynika, \
e udarność materiałów kruchych jest mała,
a ciÄ…gliwych du\
a. Do pomiaru udarności wykorzystuje się urządzenia umo\
liwiajÄ…ce
przyło\
enie du\
ej 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 naprę\
enia dopuszczalne na poszczególne rodzaje
obciÄ…\
eń  rozciąganie, skręcanie, zginanie, skręcanie, ścinanie.
Poszczególne elementy konstrukcyjne w czasie pracy przenoszą obcią\
enia, co oznacza,
\
e w elementach tych panujÄ… naprÄ™\
enia. NaprÄ™\
enia, które mogą występować w materiale
bez obawy naruszenia warunku wytrzymałości i warunku sztywności to naprę\
enia
dopuszczalne.
NaprÄ™\
enia dopuszczalne są wyznaczone z odpowiednim współczynnikiem
bezpieczeństwa w stosunku do rzeczywistej wytrzymałości materiału. Dla materiałów
plastycznych naprÄ™\
enia dopuszczalne wyznacza siÄ™ z zale\
ności:
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
45
Re
k = [MPa] (13)
n
Dla materiałów kruchych naprę\
enia dopuszczalne określa się według wzoru:
Rm
k = [MPa] (14)
n
k  naprÄ™\
enia dopuszczalne,
Re  granica sprÄ™\
ystości,
Rm  granica wytrzymałości na rozciąganie.
n  współczynnik bezpieczeństwa
NaprÄ™\
enia dopuszczalne oznaczane sÄ… literÄ… k z odpowiednimi indeksami.
kr  naprÄ™\
enia dopuszczalne na rozciÄ…ganie,
kc  naprÄ™\
enia dopuszczalne na ściskanie,
kg  naprÄ™\
enia dopuszczalne na zginanie,
kt  naprÄ™\
enia dopuszczalne na ścinanie,
ks  naprÄ™\
enia dopuszczalne na skręcanie.
Obliczenia wytrzymałościowe polegają na takim wyznaczeniu wymiarów obcią\
anego
elementu, aby naprÄ™\
enia wewnętrzne w materiale nie przekroczyły naprę\
eń dopuszczalnych.
Poni\
ej dla przykładu przedstawiono tę zale\
ność dla rozciągania.
F
à = d" kr [MPa] (15)
S
F  siła wywołująca obcią\
enie [N]
S  pole przekroju poprzecznego [mm2]
Przykład: Obliczyć minimalną średnicę pręta o przekroju kołowym, obcią\
onego siłą
powodującą jego ściskanie. Wartość siły F = 1500N, naprę\
enia dopuszczalne na ściskanie
kc=120 MPa. Zakładamy, \
e pręt jest krótki i nie ulegnie wyboczeniu.
RozwiÄ…zanie:
F
d" kc
S
Ä„d2
S =
4
F 4F 4F 2 F F
2
d" kc d" kc 4F d" kc Å"Ä„d d e" d e" d e" 1,13
2 2
Ä„d Ä„d Ä„ Å" kc kc kc
Ä„
4
1500
d e" 1.13 e" 4 mm
120
Więcej wiadomości na temat wykonywania obliczeń wytrzymałościowych elementów
konstrukcyjnych obciÄ…\
onych siłami i momentami sił znajdziesz w literaturze [1, 3, 4].
ObciÄ…\
enia mechaniczne występujące w konstrukcji instrumentów muzycznych.
Niektóre instrumenty muzyczne poddane są stałym obcią\
eniom mechanicznym
wynikajÄ…cym ze specyfiki ich konstrukcji.
Wszystkie instrumenty strunowe poddane sÄ… obciÄ…\
eniom ściskającym, wywoływanym
przez napięte struny. Obcią\
enia te przenoszone sÄ… przez gryf i korpus instrumentu
muzycznego. NaprÄ™\
enia rozciągające występują równie\
w strunach wszystkich
instrumentów strunowych oraz we włosiu rozpiętym w smyczkach instrumentów
smyczkowych.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
46
Instrumentem, który poddawany jest ró\
norodnym obciÄ…\
eniom, jest fortepian. Ze
względu na swój cię\
ar  przekraczający często 5000 N  statycznym obcią\
eniom
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
obciÄ…\
any 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 sprę\
yny, które poddawane są zginaniu, ściskaniu lub
skręcaniu w sposób zmęczeniowy.
Większość instrumentów perkusyjnych poddawana jest obcią\
eniom udarowym. NaciÄ…gi
kotłów, werbli i tym podobnych instrumentów podlegają naprę\
eniom rozciÄ…gajÄ…cym.
ProjektujÄ…c i wykonujÄ…c instrumenty strunowe, nale\
y wziąć pod uwagę wytrzymałość
pudła rezonansowego i gryfu, uwzględniając przy tym uwarunkowania akustyczne
instrumentów muzycznych. Podobnie nale\
y postępować podczas prac nad instrumentami
z innych grup.
4.4.2. Pytania sprawdzajÄ…ce
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Jakie właściwości mechaniczne charakteryzują materiały konstrukcyjne?
2. Jakie są cechy charakterystyczne materiałów izotropowych i anizotropowych?
3. Jakie znasz proste przypadki obciÄ…\
enia elementów konstrukcyjnych ?
4. Jaka jest zale\
ność pomiędzy obcią\
eniem a odkształceniem?
5. Jak definiujemy naprÄ™\
enia wewnętrzne?
6. Co to są odkształcenia sprę\
yste i plastyczne?
7. Jak definiowane sÄ… naprÄ™\
enia dopuszczalne?
8. Co to jest udarność i wytrzymałość zmęczeniowa materiałów?
9. Jakie są przykładowe obcią\
enia mechaniczne występujące w instrumentach muzycznych
z ró\
nych grup?
4.4.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Przeprowadz
próbę rozciągania statycznego dla próbki metalowej i drewnianej.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
2) przeanalizować treści zawarte w ćwiczeniu,
3) zapoznać się ze sposobem wykonywania prób wytrzymałościowych,
4) przygotować próbki do wykonania badań wytrzymałościowych,
5) przeprowadzić próbę rozciągania a\
do momentu zerwania próbek,
6) zapisać i zanalizować wyniki prób wytrzymałościowych.
Wyposa\
enie 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
47
Uwaga! Maszyna wytrzymałościowa mo\
e być obsługiwana jedynie przez osoby
upowa\
nione.
Ćwiczenie 2
Oblicz minimalną średnicę stalowej struny o przekroju okrągłym mając dane: Naprę\
enia
dopuszczalne na rozciąganie kr = 1600MPa, siła rozciągająca F = 1200N.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
2) przeanalizować treści zawarte w ćwiczeniu,
3) zapisać niezbędne zale\
ności wytrzymałościowe,
4) przeprowadzić niezbędne obliczenia,
5) zapisać wyniki i porównać z prawidłowymi odpowiedziami.
Wyposa\
enie stanowiska pracy:
 zeszyt przedmiotowy,
 kalkulator.
Ćwiczenie 3
Oblicz największe naprę\
enia ściskające w tylnej nodze fortepianu mając dane:
 ciÄ™\
ar fortepianu 4200 N,
 wszystkie nogi instrumentu majÄ… takie same wymiary,
 minimalna średnica nogi  60 mm,
 obciÄ…\
enie tylnej nogi stanowi 30% ciÄ™\
aru instrumentu.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
2) przeanalizować treści zawarte w ćwiczeniu,
3) zapisać niezbędne zale\
ności wytrzymałościowe,
4) przeprowadzić niezbędne obliczenia,
5) zapisać wyniki i porównać z prawidłowymi odpowiedziami.
Wyposa\
enie stanowiska pracy:
 zeszyt przedmiotowy,
 kalkulator.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
48
4.4.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak Nie
1) określić właściwości mechaniczne materiałów konstrukcyjnych?
2) określić proste przypadki obcią\
enia?
3) określić zale\
ność pomiędzy obcią\
eniem a odkształceniem?
4) rozró\
nić odkształcenia sprę\
yste i plastyczne?
5) określić wydłu\
enie względne i bezwzględne próbki?
6) określić własności plastyczne metalu na podstawie próby
rozciÄ…gania?
7) zdefiniować pojęcie naprę\
eń dopuszczalnych?
8) wyznaczyć naprę\
enia wewnętrzne dla prostych przypadków
obciÄ…\
enia?
9) obliczyć minimalny przekrój elementu obcią\
onego?
10) podać przykłady obcią\
eń mechanicznych występujących
w konstrukcji instrumentów muzycznych?
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
49
5. SPRAWDZIAN OSI
GNI
Ć
INSTRUKCJA DLA UCZNIA
1. Przeczytaj uwa\
nie instrukcjÄ™.
2. Podpisz imieniem i nazwiskiem kartÄ™ odpowiedzi.
3. Zapoznaj się z zestawem zadań testowych.
4. Test zawiera 22 zadania. Do ka\
dego zadania dołączone są 4 mo\
liwości odpowiedzi.
Tylko jedna jest prawidłowa.
5. Udzielaj odpowiedzi na załączonej karcie odpowiedzi, stawiając w odpowiedniej rubryce
znak X. W przypadku pomyłki nale\
y błędną odpowiedz
zaznaczyć kółkiem, a następnie
ponownie zakreślić odpowiedz
prawidłową.
6. Niektóre zadania wymagają stosunkowo prostych obliczeń, które powinieneś wykonać
przed wskazaniem poprawnego wyniku.
7. Pracuj samodzielnie, bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania.
8. Jeśli udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność, wtedy odłó\
rozwiÄ…zanie
zadania na póz
niej i wróć do niego, gdy zostanie Ci wolny czas.
9. Na rozwiÄ…zanie testu masz 60 min.
Powodzenia!
ZESTAW ZADAC
TESTOWYCH
1. Zamieszczona poni\
ej ilustracja przedstawia
a) przekrój podłu\
ny promieniowy przez pień drzewa.
b) przekrój poprzeczny przez pień drzewa.
c) przekrój podłu\
ny styczny przez pień drzewa.
d) przekrój poprzeczny połączony z przekrojem stycznym
przez pień drzewa.
2. Promienie rdzeniowe w \
yjÄ…cym drzewie
a) przewodzą wodę i składniki od\
ywcze z łyka do wewnętrznych obszarów pnia.
b) przewodzą wodę i składniki od\
ywcze z rdzenia do Å‚yka.
c) słu\
Ä… do magazynowania \
ywicy.
d) przewodzą wodę w kierunku pionowym do góry w drzewach liściastych.
3. Właściwa kolejność występowania w przekroju poprzecznym pnia elementów budowy
makroskopowej drewna  w kierunku od rdzenia na zewnÄ…trz to
a) rdzeń, łyko, twardziel, biel, kora.
b) rdzeń, twardziel, biel, łyko, kora.
c) kolejność jest zmienna i zale\
y od gatunku drzewa.
d) rdzeń biel, twardziel, łyko, kora.
4. Cewki w drewnie drzew iglastych
a) odpowiadają za przyrosty roczne słojów drewna.
b) przewodzą wodę oraz nadają drewnu sztywność i wytrzymałość mechaniczną.
c) pośredniczą w wymianie gazowej.
d) przewodzÄ… wodÄ™ od Å‚yka do rdzenia drzewa.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
50
5. Zjawisko skurczu i pęcznienia drewna zachodzi w wyniku
a) ściskania i rozciągania drewna siłami zewnętrznymi.
b) starzenia siÄ™ drewna.
c) zmian temperatury drewna.
d) zmian wilgotności drewna.
6. Rysunek ilustruje
a) mimośrodowość sęka w przekroju poprzecznym.
b) mimośrodowość rdzenia.
c) skręt włókien drewna w przekroju poprzecznym pnia.
d) wielordzeniowość połączoną z pęknięciami poprzecznymi.
7. Wska\
właściwe określenia poszczególnych sortymentów tarcicy
a) 1  bal, 2  deska, 3  listwa, 4  graniak.
b) 1  deska, 2  bal, 3  graniak, 4  listwa.
c) 1  deska, 2  bal, 3  listwa, 4  graniak.
d) 1  deska, 2  graniak, 3  listwa, 4  bal.
8. Ilustracja przedstawia
a) schemat budowy sklejki.
b) schemat budowy płyty MDF.
c) schemat budowy płyty stolarskiej.
d) tarcicÄ™ ustawionÄ… w stos w celu przechowania.
9. Wraz ze wzrostem temperatury wymiary liniowe elementów metalowych
a) zmniejszajÄ… siÄ™.
b) zwiększają się.
c) nie zmieniajÄ… siÄ™.
d) zwiększają się w stopach \
elaza, a zmniejszają w stopach z głównym udziałem
miedzi.
10. Wykres przedstawia
a) wykres równowagowy stopu \
elaza z węglem.
b) wykres równowagowy stopu miedzi z cyną.
c) wykres równowagowy tylko dla \
eliw.
d) wykres równowagowy tylko dla stali.
11. Wska\
określenie, które nie dotyczy składnika strukturalnego stopów \
elaza z węglem
a) ferryt.
b) perlit.
c) cementyt.
d) węglik wolframu.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
51
12. Rama współczesnych fortepianów wykonywana jest
a) z \
eliwa.
b) ze stali węglowej.
c) z mosiÄ…dzu.
d) ze stopów aluminium.
13. Talerze perkusyjne wytwarzane sÄ…
a) ze stali stopowych.
b) wyłącznie z brązu.
c) z brÄ…zu lub mosiÄ…dzu.
d) ze stali sprÄ™\
ynowych.
14. Metale szlachetne
a) są stosowane jako materiał konstrukcyjny do wyrobu korpusów fletów oraz
pokrywania powierzchni elementów instrumentów dętych.
b) ze względu na cenę metali szlachetnych nie są u\
ywane siÄ™ do wytwarzania
instrumentów muzycznych.
c) słu\
ą do wyrobu strun wysokiej jakości w instrumentach smyczkowych.
d) stosowane sÄ… jako dodatek stopowy do stali odpornych na korozjÄ™.
15. Tworzywa sztuczne nie mogą być stosowane
a) do wytwarzania korpusów instrumentów dętych drewnianych.
b) do wytwarzania ustników klarnetów i saksofonów.
c) do wytwarzania strun fortepianowych.
d) do wytwarzania naciągów membranowych instrumentów perkusyjnych.
16. Poni\
sze wykresy dotyczÄ…
a) wytrzymałości zmęczeniowej materiałów.
b) ruchu harmonicznego.
c) struktury chemicznej stopów metali.
d) charakterystyki cyklicznego rozciągania i ściskania materiału.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
52
17. Wska\
wykres rozciągania materiału sprę\
ystego
18. Wska\
minimalną średnicę nogi fortepianu o przekroju okrągłym taką, przy której
naprÄ™\
enia w materiale nie przekroczą wartości dopuszczalnych. Obcią\
enie ściskające
działające na nogę wynosi 1800 N, naprę\
enia dopuszczalne na ściskanie kc = 16 MPa
a) 10 mm.
b) 12 mm.
c) 8 mm.
d) 25 mm.
19. Wska\
wartość wydłu\
enia bezwzglÄ™dnego "l i wzglÄ™dnego µ struny fortepianowej.
o długości początkowej l0 = 200 mm, która po obcią\
eniu wydłu\
yła się do długości
l = 200,1 mm
a) "l = 1 mm; µ = 0,05%.
b) "l = 0,1 mm; µ = 0.25%.
c) "l = 0,1 mm; µ = 0,5%.
d) "l = 0,1 mm; µ = 0,05%.
20. Wska\
wartość naprę\
eń w elemencie konstrukcyjnym ramy fortepianu o długości
1200 mm, jeśli po nało\
eniu naciągu strun element ten skrócił się o "l = 0,03 mm.
Współczynnik sprę\
ystości wzdłu\
nej dla materiaÅ‚u ramy wynosi 1·105 MPa
a) 2,5 MPa.
b) 25 MPa.
c) 0,25 MPa.
d) 2,5 N.
21. Na podstawie analizy zamieszczonych wykresów rozciągania wska\
najlepszy materiał do
wykonania struny fortepianu. Ãr  naprÄ™\
enie robocze struny
22. Określ wartość współczynnika sprę\
ystości wzdłu\
nej materiału struny, jeśli struna
o średnicy 1,2 mm i długości 522 mm pod wpływem siły rozciągającej F = 52 N
wydłu\
yła się w granicach odkształceń sprę\
ystych o "l = 0,08 mm.
a) E = 2,5·105 MPa.
b) E = 250000 MPa.
c) E = 3,0·105 MPa.
d) E = 3,0·106 MPa.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
53
KARTA ODPOWIEDZI
ImiÄ™ i nazwisko ..........................................................................................................................
Dobieranie materiałów konstrukcyjnych
Zakreśl poprawną odpowiedz
.
Nr
Odpowiedz
Punkty
zadania
1 a b c d
2 a b c d
3 a b c d
4 a b c d
5 a b c d
6 a b c d
7 a b c d
8 a b c d
9 a b c d
10 a b c d
11 a b c d
12 a b c d
13 a b c d
14 a b c d
15 a b c d
16 a b c d
17 a b c d
18 a b c d
19 a b c d
20 a b c d
21 a b c d
22 a b c d
Razem:
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
54
6. LITERATURA
1. Bilczuk A., Lenik K. Malec M.: Podstawy konstrukcji drewnianych. Wydawnictwo
Uczelniane Politechniki Lubelskiej, Lublin 1994
2. Jurczyk J.: Stolarstwo. Wydawnictwo Czasopism i KsiÄ…\
ek Technicznych SIGMA 
NOT Sp. z o.o., Warszawa 1992
3. Niezgodziński M.E., Niezgodziński T.: Wzory, wykresy i tablice wytrzymałościowe.
WNT, Warszawa 2006
4. Praca zbiorowa: Mały poradnik mechanika. WNT Warszawa 1996
5. Reblitz, A.: Piano, Servicing, Tuning and Rebuilding, Lancham 1993, Vestal Press
6. Vogel B.: Fortepian polski. Warszawa 1995, Sutkowski Edition
7. Walther S.: Towaroznawstwo drzewne. WSiP, Warszawa 1971
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
55