Hvorfor Træer Overalt Bryde Ved Samme Vindhastighed

{h1}

Træer har tendens til at bryde ved samme vindhastighed uanset deres størrelse, form eller materiale, har en ny undersøgelse fundet.

Uanset om det er en slank poppel, en gnarled bristlecone fyr eller en robust eg, har vildt forskellige træer én ting til fælles: Deres grene har en tendens til at snappe, når de snor sig af vind af en vis hastighed, foreslår ny forskning.

Det viser sig, at mange af træernes egenskaber, såsom træblødhed eller størrelse, har tendens til at modvirke hinanden, fandt forskerne.

Mens et større træ har en mere robust stamme til at modstå vindstyrker, "et højt træ gennemgår større aerodynamiske kræfter på grund af sin større eksponering for vinden, og den har statistisk større fejl og dermed en større chance for at bryde." Fordele og ulemper ved større og mindre træer har en tendens til næsten at afbryde hinanden, fandt forskerne. "[Tjek de højeste træer på Jorden]

Bryde træ

For århundreder siden forsøgte Leonardo da Vinci og Galileo at kvantificere, hvor godt træbjælker ville modstå bøjning. De kom op med skaleringsforhold, der viste, at den kritiske kraft, der kræves for at bøje og stikke en stråle, steg eksponentielt med bjælkens diameter og faldt med bjælkens længde. Alligevel var da Vinci, Galileo og senere forskere uenige om, hvor meget bjælkens diameter ramte den kritiske kraft, der kræves for at snappe den. Skønt videnskaben sluttede sig på et retfærdigt forhold, blev årsagen til uoverensstemmelsen i disse tidlige eksperimenter aldrig helt løst.

Men i januar 2009 oplevede brede skiver i Frankrig vrede med en stor storm kaldet "Klaus", som fjernede næsten 210 millioner kubikmeter (6 millioner kubikmeter) træ. Forskere kortlægning træskader bemærket, at den øverste vindhastighed i et område korrelerede stærkt med hvor mange træer blev brudt - uanset om de blev revet op eller snappet som matchsticks. Interessant nok syntes både hårdttræer, såsom egetræer og blødtræer, at være lige så berørt.

Defekter og størrelseseffekter

Emmanuel Virot, en doktorand i mekanik ved École Polytechnique i Paris, og hans kolleger spekulerede på, hvorfor hårdere træer ikke gik bedre. For det første vægtede de en ende af stænger lavet af bøg træ og fra grafit med spande af vand, idet man bestemmer, hvor meget vægt der var behov for at kurve stænger af forskellige materialer, længder og diametre.

Interessant nok fandt de en uoverensstemmelse mellem deres tal og dem, der forudsiges af Hooke's lov, som vedrører den kraft, der anvendes på et fjedrende objekt med dens deformation. De spekulerede på, om uoverensstemmelsen opstod, fordi de ikke havde regnet med stress inde i træet.

"Træstænger har knurl og blyantledninger [eller grafitstængerne] har revner, der mindsker modstanden mod brud," forskerne skrev i papiret, som blev offentliggjort 3. februar i tidsskriftet Physical Review E.

De indså, at træer uundgåeligt ville have knuder og andre typer ufuldkommenheder. Så de henviste til andet arbejde, hvilket viste at i mange nok hunks af materiale stiger antallet af ufuldkommenheder i det pågældende materiale med kvadratroten af ​​materialediameteren.

Dernæst ønskede de at se, hvordan en ensartet vindhastighed, der rammer alle dele af en træstamme lige, ville påvirke deres beregninger (vægtning kun en ende af en stang realiserer ikke realistisk hvad det er at være i stormvejr). Da de knuste deres tal, fandt de, at den kritiske vindhastighed, der var nødvendig for at snappe et træ, var en faktor af træstyrken, lufttætheden, træformen og træets diameter og længde.

Afbestilling

Interessant nok havde alle disse faktorer dog kun en lille indflydelse på den kritiske vindhastighed og havde tendens til at afbryde hinanden. For eksempel har træer med større, tyngre trunker tendens til at have flere indre fejl og har også mere overfladeareal udsat for vinden. Slutresultatet var, at de fleste træer havde tendens til at snap, når vindene nåede omkring 94 miles i timen (151 kilometer i timen).

Resultaterne kunne have konsekvenser for at beskytte skove i en verden med et hurtigt forandrende klima, forskerne skrev i artiklen.

"Selv om dette arbejde tyder på, at skovskaderne næppe afhænger af træets egenskaber, giver modellen i undersøgelsen nogle vejledninger om at designe mere resistente skove, hvilket kan bidrage til at udvise en fordobling af hyppigheden af ​​ekstreme storme, der forventes ved udgangen af ​​den 21. århundrede ", sagde forskerne i en erklæring.

Følg Tia Ghose på Twitter and Google+. Følge efter WordsSideKick.com @wordssidekick, Facebook & Google+. Originalartikel på WordsSideKick.com.


Video Supplement: .




DA.WordsSideKick.com
All Rights Reserved!
Reproduktion Af Materialer Tilladt Kun Prostanovkoy Aktivt Link Til Webstedet DA.WordsSideKick.com

© 2005–2019 DA.WordsSideKick.com