БІОФІЗИКА РОСЛИН - Ю. І. Посудін - 2004

І. ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ РОСЛИННИХ КЛІТИН ТА ТКАНИН

1. МЕХАНІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ

1.5. ПРУЖНІ ВЛАСТИВОСТІ РОСЛИННОГО СТЕБЛА

Деформація згину. Рослинне стебло під впливом зовнішньої сили F (наприклад, вітру) згинається. Під впливом цієї сили певні шари розтягуються, тоді як інші стискуються (рис. 1.6). У стеблі виникають пружні сили, що утворюють обертальний момент, який протидіє моменту сили F. Видно, що основну участь в утворенні протидіючого моменту беруть зовнішні шари стебла, тоді як середні шари ніякої ролі не відіграють. Отже, якщо вилучити центральну частину стебла, її опір на згин не зміниться. Математичні розрахунки свідчать, що найбільший опір згину виявляють трубки, в яких відношення внутрішнього діаметра до зовнішнього становить 8:11. Саме таке співвідношення мають стебла більшості рослин. Яскравим представником рослин, які позбавлені центральної частини стебла, є бамбук. Цю рослину ефективно використовують для одержання сировини, продуктів Харчування та будівельних матеріалів 2,2 млрд. населення світу; деякі види бамбука ростуть зі швидкістю близько одного метра за добу. Модуль Юнга Тканини бамбуку дорівнює 2 · 10¹⁰ Н·м^-2, тобто бамбук більш пружний, ніж сталевий стержень, модуль Юнга якого становить 2,1 · 10¹¹ Н·м^-2. У той же час відношення маси бамбука до його об'єму становить 600 кг·м^-3, тоді як для сталі це відношення дорівнює 7800 кг·м^-3.

Рис. 1.6. Схема впливу зовнішньої сили F на деформацію стержня, внаслідок якої утворюється протидіючий момент М.

Вимірювання пружних параметрів рослинного стебла. Відомо, що рослини здатні адаптуватися до механічних факторів навколишнього середовища (наприклад, вітру). Багато рослин обмежують висоту та збільшують діаметр стебла у відповідь на постійно діючі механічні стимули [Nobel, 1981]. Цей процес адаптації супроводжується відповідною зміною пружних властивостей стебла. Схему приладу для дослідження залежності пружних властивостей ксилеми (провідної тканини, по якій здійснюється основне транспортування води і мінеральних речовин у рослині) від впливу механічних стимулів наведено нарис. 1.7 [Hepworth, Vincent, 1999]. Рослини були поділені на чотири групи: одна - контрольна, тоді як інші підлягали дії повітряного потоку різної інтенсивності двадцять разів на день по 2 хв. протягом 8 тижнів. Повітряний потік викликав у другій групі відхилення на 3,5 см, третій - на 10,5 см, у четвертій - на 17 см (відхилення виміряли на висоті 15 см від ґрунтової поверхні). Опір стебла згину оцінювали за допомогою індексу жорсткості на згин:

де F - діюча сила, h - висота рослини, σ - механічне напруження.

Рис. 1.7. Схема приладу для дослідження залежності пружних властивостей ксилеми від впливу механічних стимулів [Hepworth, Vincent, 1999].

Результати досліджень з рослиною (Nicotiana tabacum "Samsun") свідчать про те, що рослина відповідає на постійно діючі механічні стимули збільшенням товщини циліндру, що утворюється ксилемною тканиною.

Контрольні запитання

1. Що називають густиною речовини? В яких одиницях вона вимірюється?

2. Сформулювати закон Гука.

3. Що таке механічне напруження? В яких одиницях воно вимірюється?

4. Що називають деформацією? Які основні типи деформації?

5. Що характеризує модуль Юнга?

6. Що таке коефіцієнт Пуассона?

7. Які напруження виникають у рослинній клітині?

8. Які сили виникають у рослинному стеблі?