The new science of strong materials

глава
1).
Это значит
,
что верхние слои веток нагружены растяжением
,
а нижние
-
сжатием
.
Сук становится все толще и длиннее
,
а
стало быть
,
и тяжелее
,
поэтому напряжения в верхних и нижних волокнах
,
в том месте где сук выходит из ствола
,
увеличиваются
.
Как и ствол
,
ветка растет
:
с каждым годом на ее поверхности под корой слой за слоем откладывается
новый материал
.
Если бы очередной слой откладывался каждое лето в свободном от механических напряжений
состоянии
,
то ветка
,
или балка
,
провисала бы все больше и больше
,
и все деревья должны были бы уподобиться плакучей
иве
.
Однако с большинством деревьев такого не случается
.
Сучья растут примерно под одним и тем же углом к стволу в
течение всей жизни дерева
,
так что молодое деревце можно считать геометрически подобным взрослому дереву
.
Так
получается потому
,
что у большинства пород новая целлюлоза откладывается уже во вполне определенном напряженном
и деформированном состоянии
.
Работая с гидрохиноном и другими довольно простыми растворимыми веществами
,
я выращивал длинные игловидные
кристаллы
,
усы
(
глава
3
),
которые утолщались путем как бы натягивания на поверхность новых слоев материала
,
что
геометрически похоже на растущие слои в дереве
.
Исходные усы
,
тонкие волоконца
,
часто были в высшей степени
изогнутыми
,
и можно было заметить
,
что растущие слои оказывали на них сильное выпрямляющее воздействие
,
отчего
волнистые зародыши
,
вырастая до миллиметровой толщины
,
всегда становились очень прямыми
.
Отсюда ясно
,
что
растущие слои этих кристаллов формировались под значительным механическим напряжением и эти напряжения
выпрямляли волокна
.
Подобные явления встречаются довольно часто в простых небиологических системах
,
в этих
случаях ни о каких дополнительных управляющих веществах или биологических механизмах и речи быть не может
.
Мы
могли бы поэтому предположить
,
что прямой
,
без провисания рост ветки идет под механическим напряжением тоже без
участия какого
-
либо биологического механизма
.
Но не все растения ведут себя подобным образом
,
и с помощью
прививки можно заставить нормально растущее дерево стать похожим на плакучую иву
.
Есть предположения
,
что ауксин
,
управляющий синтезом целлюлозы
,
под действием тяжести концентрируется в нижних слоях ветки и
,
следовательно
,
внизу целлюлозы откладывается больше
.
Мне кажется
,
однако
,
что это далеко не полный ответ
.
Целлюлозные цепочки всегда представляют собой простые нитевидные молекулы
,
которые не переплетаются с
соседними нитями путем образования кислородных связей на боковых сторонах сахарных колец
,
как это делают другие
более слабые полисахариды
,
например крахмал
.
Растительная клетка имеет форму трубки
,
стенки которой образованы
длинными
,
уложенными приблизительно параллельно нитевидными молекулами целлюлозы
.
В природной целлюлозе
имеются области
,
где молекулы
-
цепочки уложены идеально в параллельные пряди
-
кристаллы
,
они удерживаются в
таком порядке с помощью гидроксильных связей по боковым сторонам
молекул
.
Такие образования можно считать
вполне добротными кристаллами с той удивительной особенностью
,
что они короче образующих их молекулярных
цепочек
(
рис
. 38).
Каждый такой кристаллит заканчивается пучком распушенных цепочек
,
напоминающим по форме
помазок для бритья
,
в котором волоконца уже не очень параллельны
.
Молекулы могут в дальнейшем вновь собраться в
параллельный пучок и образовать новый кристаллит
,
так что одна молекула иногда тянется через несколько
кристаллитов
.