Text práce je uverejnený bez obrázkov a vzorcov.
Plná verzia práca je dostupná v záložke "Pracovné súbory" vo formáte PDF
Úvod
Ako často ľudia žijú svoj obvyklý život a nevšímajú si úžasné veci. Krása našich lesov je jedinečná.Stromy sú pozoruhodné nielen svojou krásou, ale aj rozmanitosťou. Prečo rastú na našej planéte v zemepisných šírkach stromy určitej výšky toho istého druhu? Čo určuje výšku stromov? Ako si obrovské stromy zabezpečujú stúpajúcu vodu? Tieto otázky ma veľmi zaujali. Pásy atmosférického tlaku podliehajú zákonu zemepisnej zonality ako jedného z faktorov ovplyvňujúcich živé organizmy. Vodovodný systém stromov možno prirovnať k pohybu vody potrubím a pohyb kvapaliny v nádobách dreva je výška stúpania v kapilárach. problém: prečo stromy rovnakého druhu rôznej výšky rastú v rôznych klimatických zemepisných šírkach a od čoho závisí vodný systém nízko rastúcich stromov a obrovských stromov. hypotéza: ak existuje závislosť priemeru drevenej nádoby od výšky stromu, potom jeho výška závisí od atmosférického tlaku ako jedného z ovplyvňujúcich faktorov v rôznych zemepisných šírkach. Cieľ:štúdium závislosti výšky stromu od priemeru drevenej nádoby pri určitom atmosférickom tlaku v rôznych zemepisných šírkach jeho rastu.
Ciele projektu: 1. Preštudujte si zdroje informácií na zvolenú tému. 2. Prehĺbiť poznatky z teórie hydraulických zákonov a kapilárnych javov. 3. Vykonajte a opíšte experiment, ktorý potvrdí alebo vyvráti predloženú hypotézu. 4. Spracovať a analyzovať výsledky vykonanej práce. 5. Prezentujte výsledky vo forme čiarového diagramu. 6. Urobte záver, ktorý spĺňa cieľ.
Predmet štúdia: zákony a javy fyziky pri štúdiu teórie hydrauliky, kapilárne javy. Predmet štúdia: vodivý systém dreva. Relevantnosť témy: Výskum je spôsobený pokrokom v poznaní zákonov hydrauliky a teórie kapilárnych javov, kladením výskumného problému s pritiahnutím pozornosti verejnosti k problematike javov, ktoré poznáme z nášho života, a zostrojením diagramu závislosti priemer drevenej nádoby na výšku.
1. Čo je hydraulika
Hydraulika je veda s tisícročnou históriou vývoja. Slovo hydraulika pochádza z kombinácie dvoch gréckych slov - hydor(voda) a aulos(potrubie) - a znamená pohyb vody potrubím. V súčasnosti má pojem „hydraulika“ širší význam. V modernom ponímaní je hydraulika technická veda, ktorá študuje zákony rovnováhy a pohybu tekutín, ako aj metódy aplikácie týchto zákonov v inžinierskej praxi. Časť hydrauliky, ktorá zohľadňuje zákony rovnováhy tekutín, sa nazýva hydrostatika, časť, ktorá zohľadňuje zákony pohybu tekutín, sa nazýva hydrodynamika. Dva smery štúdia hydrauliky - v dynamickom a statickom kontexte. Hydrodynamika rieši otázky kinematiky vody ako takej, zatiaľ čo hydrostatika sa viac zameriava na zákonitosti interakcie tekutín s inými médiami a telesami. Príčinou hygroskopického pohybu je kolísanie vlhkosti vzduchu. V rôznych typoch hydraulických inštalácií sa požadovaný tlak takmer vždy vytvára pomocou kompresorov alebo čerpadiel. V rastlinnom organizme si riešenie problémov spojených s vykonávaním rôznych druhov pohybov, vrátane riadiacich, nevyžaduje vynaloženie takého veľkého úsilia. Sú však tiež riešené pomocou zákonov hydrauliky, ale pri výrazne nižších tlakoch 1.
Hlavným aspektom štúdia v tomto smere je vodné prostredie. Voda je najbežnejšou látkou v biosfére, ktorá zohráva mimoriadne dôležitú úlohu v živote živej prírody a najmä rastlín. Voda je súčasťou buniek a tkanív akéhokoľvek živočícha a rastliny. Strata veľkého množstva vody živým organizmom môže viesť k jeho smrti. Rastliny podporujú rýchlejšiu výmenu vody medzi pôdou a vzduchom. Je ťažké preceňovať priaznivý vplyv, ktorý má svet rastlín na klímu a reguluje ju.
2. Flóra a zákony hydrauliky
Autonómne pohyby rastlinného organizmu sú riadené pomocou hydrauliky. V technológii dizajnéri vytvárajú vysoký tlak pomocou kompresie: niektoré pohyblivé časti, ako napríklad piest, tlačí na kvapalinu. Pre závod by použitie takejto technológie vyžadovalo veľké množstvo energie a vytvorenie špeciálnych a navyše zložitých zariadení. Preto z konštruktívneho hľadiska využívajú oveľa jednoduchšie a z hľadiska spotreby energie viac efektívna metóda- osmóza. Osmóza je difúzia látky cez prepážku (membránu), ktorá oddeľuje čisté rozpúšťadlo a roztok alebo dva roztoky rôznych koncentrácií. Septum je priepustné len pre rozpúšťadlo. Tento spôsob vytvárania hydraulického tlaku je spojený s prirodzenou schopnosťou solí priťahovať vodu, rozpúšťať sa v nej a znižovať nasýtenie roztoku. Prostredníctvom osmózy vytvárajú rastliny pomerne vysoký tlak. Vnútrobunkový tlak dodáva tuhosť tým rastlinám, ktorých tkanivá sa nelignifikujú. Keď osmotický tlak klesne, napríklad v kvetoch narezaných a umiestnených vo váze, rastlina vädne. Mnohé závody si na tieto účely zaobstarali skutočné spoje, ktoré pracujú na rovnakom princípe ako hydraulické spoje v technológii. Ako rastlina dosiahne náhly pokles tlaku? Dôvodom je, že dokáže meniť veľkosť pórov v polopriepustnej bunkovej membráne. Keď sa veľkosť pórov zväčší, roztok pod tlakom v bunke vyteká a tlak klesá. V priebehu niekoľkých minút sa bunková membrána vráti do predchádzajúceho stavu a proces sa môže znova zopakovať 2.
2.1. Vodné prietokové motory
Pohyb vody cez rastlinu je určený dvoma hlavnými hnacími silami prietoku vody: spodným hnacím motorom prietoku vody alebo koreňovým tlakom, horným hnacím motorom prietoku vody alebo sacím účinkom atmosféry. Mechanizmus, ktorý zabezpečuje, že voda stúpa cez rastlinu v dôsledku tlaku koreňov, je spodný motor vodného prúdu. Voda sa napĺňa celú cestu od pôdy – cez koreň a stonku – až po bunky v liste. Celkový prietok vody smeruje k nižšiemu vodnému potenciálu. Koreňový tlak tlačí vodu do ciev centrálneho valca koreňa a sacie sily priťahujú túto vodu. Proces stúpania vody z koreňov na listy sa nazýva vzostupný tok. Koreňový tlak sa nazýva spodný motor vodného prúdu. Sacie sily listov priťahujúce vodu sa nazývajú horný koncový motor vodného prúdu. Naše obyčajné stromy majú dosť veľké veľkosti a značnú dĺžku koreňového systému vedúceho vodu. Vodný prúd zažíva a prekonáva gravitačnú silu, silu gravitácie. Medzi pohyblivými molekulami vody sú adhézne sily. Vodovodné prvky sú neoddeliteľnou súčasťou prúdu vody, pretože ich steny sú úplne navlhčené a nasýtené vodou. To všetko výrazne odlišuje podmienky vytvorené v dreve od podmienok v piestových čerpadlách, kde sa medzi stenami valca a piestom neustále objavujú vzduchové bubliny, ktoré narúšajú integritu vodného stĺpca. Tento stĺp sa zlomí pri stúpaní do výšky viac ako 10 metrov. Na vyzdvihnutie vody do výšky 100 metrov je potrebné mať v korune stromu sacie sily rádovo do 35 atmosfér: na prekonanie gravitácie - 10 atmosfér, filtračný odpor cez priečne steny nádob - do max. 25 atmosfér. Preto sa z čisto fyzikálneho hľadiska zdá byť možné vysvetliť stúpanie vody do výšky 100 metrov alebo viac 3.
3. Kapilárne javy
Kapilarita je jav stúpania alebo klesania kvapaliny v kapilárach, ktorý spočíva v schopnosti tejto kvapaliny meniť hladinu v rúrkach malého priemeru, úzkych kanáloch ľubovoľného tvaru a poréznych telesách. Podobné javy možno pozorovať aj vo veľmi úzkych trubiciach nazývaných kapiláry (z lat. capillus- vlasy) 4 . Sily pod vzlínavosťou sú d účinok povrchového napätia a účinok sma-chi-va-niya.
3.1. Povrchové napätie
Pojem „povrchové napätie“ znamená, že látka na povrchu je v „tesnom“ stave, to znamená v napätom stave, ktorý sa vysvetľuje pôsobením sily nazývanej vnútorný tlak. Vťahuje molekuly dovnútra kvapaliny v smere kolmom na jej povrch. Molekuly umiestnené vo vnútorných vrstvách látky majú v priemere rovnakú príťažlivosť vo všetkých smeroch od okolitých molekúl. Molekuly povrchovej vrstvy sú vystavené nerovnakej príťažlivosti z vnútorných vrstiev látok a zo strany ohraničujúcej povrchovú vrstvu média. Na rozhraní kvapalina-vzduch sú molekuly kvapaliny nachádzajúce sa v povrchovej vrstve silnejšie priťahované susednými molekulami vnútorných vrstiev kvapaliny ako molekulami vzduchu. Vnútorný tlak spôsobuje, že molekuly nachádzajúce sa na povrchu kvapaliny sú vťahované dovnútra a tým má tendenciu zmenšovať povrch na minimum za daných podmienok. Sila pôsobiaca na jednotku dĺžky rozhrania, spôsobujúca kontrakciu povrchu kvapaliny, sa nazýva sila povrchového napätia alebo jednoducho povrchové napätie 5.
Koeficient povrchového napätia je hlavná veličina charakterizujúca vlastnosti povrchu kvapaliny a nazýva sa koeficient povrchového napätia. Povrchové napätie je sila spôsobená vzájomným priťahovaním molekúl kvapaliny, smerujúca tangenciálne k jej povrchu. Pôsobenie síl povrchového napätia vedie k tomu, že kvapalina v rovnováhe má minimálny možný povrch. Pri kontakte kvapaliny s inými telesami má kvapalina povrch zodpovedajúci minimu jej povrchovej energie.
3.2. Zmáčací efekt
Čiara ohraničujúca povrch kvapky na pevnom telese je hranicou povrchov troch telies: kvapaliny, tuhej látky a plynu. Preto v procese nastolenia rovnováhy kvapky kvapaliny na hranici týchto telies budú pôsobiť tri sily: sila povrchového napätia kvapaliny na hranici s plynom, sila povrchového napätia kvapaliny na hranici s tuhá látka a sila povrchového napätia tuhej látky na hranici s plynom. Či sa kvapalina rozšíri po povrchu pevného telesa a vytlačí z neho plyn, alebo sa naopak zhromaždí do kvapky, závisí od pomeru veľkostí týchto síl. Je potrebné poznamenať, že práve rýchlosť zmeny priemeru škvrny vytvorenej kvapkou kvapaliny aplikovanej na čistý povrch materiálu sa používa ako hlavná charakteristika zvlhčovania v kapilárach. Jeho hodnota závisí od povrchových javov, ako aj od viskozity kvapaliny, jej hustoty a prchavosti. Viskóznejšej kvapaline s inými rovnakými vlastnosťami trvá dlhšie, kým sa rozšíri po povrchu a preteká kapilárnym kanálom 6 pomalšie.
3.3. Výška stúpania kvapaliny v kapilárach
Kapilárne javy spôsobujú dve rôzne smerujúce sily: sila gravitácie, ktorá núti kvapalinu padať dole, a sila povrchového napätia, ktorá posúva vodu nahor. Stúpanie/klesanie kvapaliny pozdĺž viečka-pill-la-ru zostáva, keď sila povrchu na gravitáciu rovnice -sedí gravitačnou silou pôsobiacou na stĺpec podložnej kvapaliny. Výška, do ktorej padá mazacia kvapalina v kapiláre pri prekonávaní gravitácie, sa vypočíta podľa vzorca (3.3.1):
(3.3.1)
Kde ------ - koeficiencia povrchu,N/m; - hustota kvapaliny, kg/m 3 ; - gravitačné zrýchlenie,9,8 m/s 2 ; h - výška stĺpca vystúpenej kvapaliny,m; r - kapilárny polomer, m; d - priemer kapilár, m 7.
Ak je kapilára naklonená k povrchu kvapaliny, potom výška stúpania kvapaliny nezávisí od uhla sklonu. Bez ohľadu na to, ako sú kapiláry umiestnené v štruktúre, výška stúpania kvapaliny bude závisieť od ------, , r ( d ) .
Zo vzorca pre výšku stúpania kvapaliny v kapilárach vyjadríme vzorec na zistenie priemeru kapiláry (3.3.2) kde ------- koeficient horného napätia, N/m kg/m 3 ; - hustota kvapaliny, ; - gravitačné zrýchlenie, 2 ; h 9,8 m/s - výška stĺpca vystúpenej kvapaliny,; d - priemer kapilár, m
m 8.
Každá častica kvapaliny nachádzajúca sa v gravitačnom poli Zeme je ovplyvnená gravitačnou silou. Pod vplyvom tejto sily tlačí každá vrstva kvapaliny na vrstvy umiestnené pod ňou. V kvapalinách je tlak spôsobený jej hmotnosťou. Kvapalina môže ľahko zmeniť svoj tvar. Časti kvapaliny sa môžu voľne pohybovať a navzájom kĺzať. Kvapaliny sú prakticky nestlačiteľné. Voda v dreve môže byť buď v statickom (stabilnom) alebo dynamickom (nestabilnom) stave. Ak je voda v termodynamickej rovnováhe s drevom a životné prostredie, potom v ňom nenastanú žiadne zmeny v čase ani priestore. Tento stav vody sa nazýva stabilný a charakterizuje konečný výsledok interakcia medzi drevom a vodou. Dynamika vytvára najvšeobecnejšie vzorce interakcie medzi drevom a vodou. Tlak spôsobený hmotnosťou kvapaliny sa nazýva hydrostatický tlak. Podľa Pascalovho zákona sa tlak vyvíjaný na kvapalinu prenáša rovnako kvapalinou vo všetkých smeroch. Je to spôsobené pohyblivosťou molekúl v kvapalnom stave 9 .
Tlak v kvapalinovom stĺpci je určený vzorcom (5.1):
R = ρgh ,Pa
Kde ρ
- hustota kvapaliny, kg/m 3
; g
- gravitačné zrýchlenie, ; - gravitačné zrýchlenie, 2
;
h
- výška stĺpca kvapaliny alebo hĺbka, v ktorej sa meria tlak, m 10.Hydrostatický tlak sa rovná hmotnosti stĺpca kvapaliny s jednotkovou základňou a výškou rovnajúcou sa hĺbke ponorenia bodu pod voľným povrchom kvapaliny. Tlak na dne nádoby je určený iba výškou stĺpca kvapaliny. Bez ohľadu na tvar nádoby a jej veľkosť.
5. Pásy atmosférického tlaku
Vzduch obklopujúci Zem má hmotnosť a vyvíja tlak na všetky objekty nachádzajúce sa na zemskom povrchu. Sila, ktorou vzduch tlačí na zemský povrch, sa nazýva atmosferický tlak. Za normálny atmosférický tlak sa bežne považuje tlak vzduchu 760 milimetrov ortuti na hladine mora v zemepisnej šírke 45° a pri teplote 0 °C. Tlak vzduchu na našej planéte sa môže značne líšiť. Rozloženie atmosférického tlaku nad zemským povrchom má výrazný zonálny charakter.
Na planéte sa vytvorilo niekoľko pásov atmosférického tlaku:
nízky tlak na rovníku;
vysoký tlak v trópoch;
nízky tlak v stredných zemepisných šírkach;
vysoký tlak nad pólmi.
K tomu dochádza v dôsledku neustále vysokých teplôt vzduchu na rovníku. Ohriaty vzduch stúpa a pohybuje sa smerom k trópom. Na póloch je zemský povrch vždy studený a atmosférický tlak je vysoký. Je to spôsobené vzduchom, ktorý pochádza z miernych zemepisných šírok. V miernych zemepisných šírkach sa vplyvom prúdenia vzduchu vytvára zóna nízkeho tlaku 11.
Na Zemi teda existujú dva pásy atmosférického tlaku – nízky a vysoký. Klesá na rovníku a v dvoch miernych zemepisných šírkach. Vychované na dvoch tropických a dvoch polárnych. Môžu sa mierne posunúť v závislosti od ročného obdobia. Počas celého roka pretrvávajú oblasti nízkeho tlaku v blízkosti rovníka a na južnej pologuli v miernych zemepisných šírkach.
5.1. Vplyv atmosférického tlaku na rastliny
Existujú laboratórne vákuové jednotky rôznych veľkostí a kapacít. Pomocou takejto inštalácie založenej na použití veľmi nízkeho atmosférického tlaku je možné realizovať umenie Bonsai - pestovanie presnej kópie skutočného stromu v miniatúre - priamo úmernú závislosť výšky rastu rastlín od atmosférického tlaku. S nárastom/poklesom atmosférického tlaku sa absolútny rast úmerne zvyšuje/znižuje. To môže slúžiť ako experimentálny dôkaz toho, prečo stromy po katastrofe pred miliónmi rokov na Zemi buď úplne vymreli, alebo sa zmenšili 12. Dnes sú pozostatkom stratenej biosféry obrie stromy, dosahujúce výšku až 150 metrov, ktoré boli donedávna hojne rozšírené po celej planéte. Hustý vzduch je tepelne vodivejší, preto sa subtropické podnebie šírilo od rovníka až k pólom, kde nebola ľadová škrupina. V dôsledku vysokého atmosférického tlaku bola vysoká tepelná vodivosť vzduchu. Táto okolnosť viedla k tomu, že teplota na planéte bola rozložená rovnomerne a klíma na celej planéte bola subtropická. Vďaka vysokej tepelnej vodivosti vzduchu pri vysokom atmosférickom tlaku rástli na póloch aj tropické a subtropické rastliny.
V poslednom čase pozorujeme postupný pokles tlaku na planéte. Za posledných tisíc rokov tlak, ak predpokladáme, že klesol o 1-2 mm ortuti za rok, klesol z troch na jednu atmosféru. Zem zaberá iba 1/3 povrchu planéty, ukázalo sa, že Zem bola pokrytá vrstvou pevnej zelenej hmoty. Viacúrovňový charakter lesov umožnil umiestniť na Zem mnohotisíckrát viac hmoty ako moderná biosféra.
6. Obrie stromy
Kedysi dávno pokrývali väčšinu pevniny zemegule reliktné lesy s obrovskými rastlinami. Fosílne dôkazy naznačujú, že obrie stromy existovali už v období jury. V prírode sa stáva, že desať najvyšších stromov rastie v Spojených štátoch a patrí k druhu Sequoia. Ako jedinečné stromy má každý z nich vlastné meno. Ale na iných kontinentoch a krajinách rastú nemenej úžasné a jedinečné druhy stromov.
Sekvoja je najvyšší strom na svete, ktorý počas svojho života rastie do výšky aj do šírky. Vedci zistili, že sekvoje rástli na Zemi pred viac ako 100 miliónmi rokov. Svedčia o tom nájdené fosílie so zvyškami kôry. Vedci tvrdia, že pred mnohými miliónmi rokov rástli sekvoje na celej severnej pologuli Zeme. Dnes vo svojej prirodzenej forme tieto obry rastú v úzkom páse pozdĺž pobrežia Tichého oceánu v Severnej Amerike, štát Kalifornia nie je nikdy ďaleko od pobrežia. Tento strom sa umelo pestuje v Kanade, Mexiku, Veľkej Británii, Portugalsku, Taliansku, Južnej Afrike, Novom Zélande, na Kryme a na Kaukaze. Ale kdekoľvek je tento strom vysadený umelo, nedosahuje také obrovské veľkosti ako vo svojej prirodzenej domovine v Severnej Amerike. Eukalyptus je vždyzelený gigant, ktorý rastie v Austrálii, na Novom Zélande a v Tasmánii. Obrovské eukalypty môžu žiť iba vo vlhkom podnebí subtrópov. Eukalyptus je strom, ktorý neposkytuje tieň, pretože čepele listov sa otáčajú okrajom smerom k slnku. Vďaka tejto schopnosti dokáže eukalyptus dlhodobo udržať vlhkosť, ktorú absorbuje, je to skutočná vodná pumpa. Jeden takýto strom dokáže absorbovať viac ako 300 litrov vlhkosti za deň. A tento vypije viac ako 100 ton vody ročne. Kvôli týmto vlastnostiam sa tento strom často používa pri rekultivácii pôdy 13 .
6.1. Stúpajúca voda v kmeňoch vysokých stromov
Mechanizmus stúpania vody na vrcholky vysokých stromov zostával dlho záhadou. Voda z koreňov stromu stúpa cez xylém - cievne tkanivo a je posúvaná nahor, proti gravitácii, kapilárnymi silami. Čím vyšší je strom (a tým aj výška vodného stĺpca), tým väčšia gravitácia sťažuje výstup. Tlak vodného stĺpca v xyléme neustále klesá s nadmorskou výškou. Stĺpec vody sa rozbije s výskytom vzduchových bublín. Vo výškach väčších ako 110 metrov, t.j. na vrcholkoch obrovských stromov je tlak v xyléme veľmi blízko možnému minimu. Počas sucha sa však nedá vyhnúť poklesu tlaku pod prípustnú úroveň - horná časť koruny pravdepodobne odumiera, ale potom je nahradená novou. Takmer všetky vysoké sekvoje majú viacero vrcholov. Podobne ako tlak v xyléme, aj vnútorný hydrostatický tlak v živých bunkách, potrebný na ich rast a rozširovanie listov, klesá lineárne s nadmorskou výškou 14 .
Výškový limit stromu je určený dostupnosťou vody. Výška, ktorú môžu sekvoje dosiahnuť, nie je konštantná, mení sa v priebehu času v závislosti od klimatických a atmosférických zmien - zásobu vody a uhlíkovú bilanciu stromu napokon ovplyvňuje množstvo faktorov: úroveň koncentrácie oxidu uhličitého v atmosfére, zmeny v teplote a vlhkosti vonkajšieho prostredia.
7. Experimentujte
Účel experimentu: dokázať, že výška stúpania kvapaliny v kapilárach závisí od priemeru týchto kapilár.
Vybavenie a materiály: nádoba na tekutiny, teplomer, posuvné meradlá, popisovač, sada hadičiek rôznych priemerov, pramenitá voda, prírodná brezová šťava (príloha A).
Priebeh prác: 1. Pripravené vzorky rúrok rôznych priemerov na výskum. Pomocou posuvného meradla som určil ich vnútorný priemer a podľa toho ich očísloval zmenšením ich priemeru a údaje som zapísal do tabuľky 10.1 (príloha B). 2. Vo vzdialenosti 1 centimetra od jedného konca vzorky som fixkou označila čiaru. Vzala nádobu s pramenitou vodou a jednu po druhej spúšťala skúmavky do vody tak, aby sa hladina vody zhodovala s nakreslenou čiarou. 3. Označte výšku stúpania kvapaliny fixkou. Tento experiment som vykonal s každou vzorkou (príloha B). 4. Pomocou posuvného meradla som odmeral výšku stúpania pramenitej vody v trubičkách. Získané analytické dáta boli vložené do tabuľky 10.2 (príloha D). 5. Zopakujte pokus s prírodnou brezovou šťavou (príloha E). 6. Pomocou posuvného meradla som odmeral výšku stúpania brezovej miazgy v rúrkach. Získané analytické dáta boli vložené do tabuľky 10.3 (príloha E).
Teplota pramenitej vody v pokuse je 20 0 C; hustota = 1000 kg/m 3 ; koeficient povrchového napätia = 0,073 N⁄m. Teplota prírodnej brezovej miazgy je 20 0 C; hustota = 1000 kg/m 3 ; koeficient povrchového napätia = 0,062 N⁄m 15. Podľa vzorca na zistenie výšky stúpania kvapaliny v kapilárach (3.3.1) bude táto výška závisieť od ------, , d .
Záver: Z tabuliek 10.2 a 10.3 vyplýva, že výška zdvihnutých kvapalín je úmerná priemeru rúrok, výsledky pokusu s pramenitou vodou potvrdzujú túto úmernosť s výsledkami pokusu s prírodnou brezovou šťavou. Prírodná brezová šťava ako viskóznejšia kvapalina preteká kapilárnym kanálom pomalšie.
Jednou z hlavných metód rozvoja všeobecných teoretických princípov je zovšeobecňovanie - prostriedok prechodu od poznania konkrétnych javov k poznaniu všeobecných. Spočíva v štúdiu takých vlastností a javov hmotného sveta, ktoré charakterizujú nie jeden jav, ale celú triedu homogénnych. v tejto súvislosti javov.
Teória podobnosti je doktrína metód vedeckého zovšeobecnenia experimentu. Odpovedá na otázku, ako nastaviť experiment a spracovať získané údaje tak, aby sa dali rozšíriť na podobné javy. Každý prírodný jav je sústava hmotných telies, ktorá v dôsledku výskytu rôznych procesov v nej prechádza určitou zmenou skupenstva. Podobné javy sú sústavy telies, ktoré sú si navzájom geometricky podobné, v ktorých prebiehajú procesy rovnakej fyzikálnej povahy a v ktorých sú rovnaké veličiny charakterizujúce javy navzájom spojené ako konštantné čísla.
Metóda podobnosti sa používa v aplikovaných problémoch, v ktorých riešenia vyžadujú zohľadnenie veľkého počtu fyzikálnych veličín a umožňuje identifikovať bezrozmerné parametre, ktoré nezávisle ovplyvňujú skúmaný proces. Tento prístup umožňuje zjednodušiť kvalitatívny výskum a numerickú simuláciu experimentov. Výška stĺpca zdvihnutej kvapaliny je podobná výške stromu, priemer rúrok je podobný priemeru drevených nádob. Po analýze výsledkov na základe údajov získaných o vodnom systéme stromov a metóde podobnosti som zostrojil výškovú krivku: lineárny diagram závislosti priemer drevenej nádoby z výšky. (Príloha G).
Kvapalina v kapiláre prekonáva gravitáciu. V tejto chvíli stav kvapaliny bude stabilný a charakterizuje konečný výsledok interakcie medzi drevom a vodou. Tlak je spôsobený hmotnosťou kvapaliny v dreve.
Podľa vzorca na určenie hydrostatického tlak stĺpca kvapaliny (5.1) tlak na dne nádoby je určený iba výškou stĺpca kvapaliny a bez ohľadu na tvar nádoby a jej rozmery. Atmosférický tlak vzduchu tlačí na zemský povrch. Hydrostatický tlak v danom bode tekutiny je vytvorený hmotnosťou tekutiny nad týmto bodom a hmotnosťou atmosféry nad povrchom tekutiny. Tlak na povrchu kvapaliny sa často rovná atmosférickému tlaku.
Záver z experimentu: zmáčacie kvapaliny pramenitá voda a prírodná brezová šťava, zložením blízka prírodným zdrojom vody pre celý rastlinný svet a prúdenie miazgy v stromoch, stúpajú cez kapiláry drevených ciev, prekonávajúc gravitáciu, do výšky stromu v závislosti od koeficientu povrchového napätia týchto kvapalín, ich hustoty a priemeru kapilárnych ciev dreva.
Keďže rozloženie atmosférického tlaku na zemskom povrchu má výrazný zonálny charakter a v určitých zemepisných šírkach sa vytvorilo niekoľko pásov nízkeho a vysokého atmosférického tlaku, je vysoko pravdepodobné, že výška stromov bude pri určitom atmosférickom tlaku v rôznych zemepisných šírkach rozdielna. jeho rastu a bude závisieť od atmosférického tlaku ako jedného z faktorov ovplyvňujúcich rast a vývoj rastlinného sveta.
Výška stromov je ovplyvnená rôznymi klimatickými faktormi, vrátane atmosférického tlaku, ale predovšetkým závisí od hydraulického systému samotného stromu.
Záver
V dôsledku jeho výskumná práca ja dosiahnuté riešenia problému pomocou stanoveného cieľa a cieľov:
1. Štúdium odbornej literatúry vrátane vedeckých a časopiseckých článkov, učebníc, slovníkov a encyklopédií na zvolenú tému.
2. Prehĺbil si vedomosti o zákonitostiach hydrauliky a kapilárnych javoch, ktoré sú rozšírené ako v ľudskej činnosti, tak aj v prírode.
3. Experimentálne dokázal závislosť priemeru drevenej nádoby od výšky.
4. Analyzoval výsledky výskumnej práce a prezentoval výsledky vo forme čiarového diagramu.
5. Potvrdila sa hypotéza závislosti výšky stromu od atmosférického tlaku, ako jedného z ovplyvňujúcich faktorov v rôznych zemepisných šírkach jeho rastu.
6. Zlepšenie osobných vlastností v procese jej práce:
vytrvalosť;
pozorovanie;
schopnosť pracovať s veľkým množstvom informácií;
túžba po sebarozvoji.
Zakúpené:
zamerať sa na výsledky;
systematické myslenie;
analytické schopnosti.
Vidím ďalšie vyhliadky na využitie produktu, ktorý som vyvinul, na zlepšenie vedomostí na hodinách fyziky a biológie v škole.
Zoznam použitej literatúry
1. Bashta T.M. Hydraulika, hydraulické stroje. - M.: Alliance Publishing House, 2002. - 422 s.
2. Galdin N.S. Základy hydrauliky a hydraulického pohonu: Učebnica. - Omsk: Vydavateľstvo SibADI, 2006. - 145 s.
3. Gomojunov K.K. fyzika. Výkladový slovník pre školákov a študentov. - M.: Prospect, 2. vydanie, 2010. - 496 s.
4. Paturi F. Rastliny sú vynikajúcimi inžiniermi prírody. - M.: Progress, 2002. - 265 s.
5. Magerramov M. A. Termofyzikálne vlastnosti prírodných a koncentrovaných ovocných a zeleninových štiav. - Baku.: Brest, 2006. - 274 s.
6. Salnikov V.S. Mechanika kvapaliny a plynu. - Jaroslavľ: Vydavateľstvo Fakel, 2002. - 199 s.
7. Telesnin R.V. Molekulárna fyzika: Učebnica. - Petrohrad: Lan, 2009. - 368 s.
8. Shemshuk V. A. Ako môžeme vrátiť raj. - M.: Omega Plus, 2009. - 336 s.
9. Alekhina N. D. Pohyb vody v celom závode (Elektronický zdroj). -http://gendocs.ru
10. Burova L.A. Najvyšší strom na svete (elektronický zdroj). - http://www.doklad-na-temu.ru
11. Gorkin A.P. Moderná ilustrovaná encyklopédia (Elektronický zdroj). - https://www.litmir.me
12. Galston A. Vzostup vody v kmeňoch vysokých rastlín (Elektronický zdroj). - http://www.booksshare.net
13. Michajlova N.V. Kde rastie eukalyptus? (Elektronický zdroj). -http://fb.ru
Aplikácie
Príloha A
Príloha B
Tabuľka 10.1 - Počty rúr a ich vnútorný priemer
Príloha D
Tabuľka 10.2 - Výška stúpania pramenitej vody v rúrach
|
Slamené číslo |
Vnútorný priemer, mm |
Výška stúpania vody, mm |
Príloha D
Príloha E
Tabuľka 10.3 - Výška zdvíhania prírodnej brezovej šťavy v skúmavkách
|
Slamené číslo |
Vnútorný priemer, mm |
Výška zdvihu šťavy, mm |
|
8 Tamže. S.244 9 Salnikov V.S. Mechanika kvapaliny a plynu. - Jaroslavľ: Vydavateľstvo Fakel, 2002. S.78 10 Galdin N.S. Základy hydrauliky a hydraulického pohonu: Učebnica. - Omsk: Vydavateľstvo SibADI, 2006. S.17 11 Gorkin A.P. Moderná ilustrovaná encyklopédia.//https://www.litmir.me/ 12 Shemshuk V. A. Ako môžeme vrátiť raj - M.: Omega Plus, 2009. S.22 13 Michajlova N.V. Kde rastie eukalyptus?// http://www.fb .ru/ 14 Galston A. Vzostup vody v kmeňoch vysokých rastlín.//http://www.booksshare.net/ 15 Maharramov M.A. Termofyzikálne vlastnosti prírodných a koncentrovaných ovocných a zeleninových štiav. - Baku.: Brest, 2006.S.243 |
Xylém kvitnúcich rastlín pozostáva z dvoch typov štruktúr, ktoré transportujú vodu, tracheidy a cievy. V odd. 8.2.1 sme už hovorili o tom, ako zodpovedajúce bunky vyzerajú vo svetelnom mikroskope, ako aj na mikrosnímkach získaných pomocou rastrovacieho elektrónového mikroskopu (obr. 8.11). Štruktúru sekundárneho xylému (dreva) zvážime v sekcii. 21.6.6.
Xylém tvorí spolu s floémom vodivé pletivo vyšších rastlín. Táto tkanina pozostáva z tzv vodivé zväzky, ktoré pozostávajú zo špeciálnych rúrkových štruktúr. Na obr. Obrázok 14.15 ukazuje, ako sú cievne zväzky usporiadané a ako sú umiestnené v primárnej stonke dvojklíčnolistových a jednoklíčnolistových rastlín.
14.19. V tabuľkovej forme zhrňte rozdiely v štruktúre primárnej stonky u dvojklíčnolistových a jednoklíčnolistových rastlín.
14.20 hod. Aký je trojrozmerný tvar nasledujúcich zložiek tkaniva: a) epidermis; b) xylém; c) dvojklíčnolistový pericyklus a d) dreň?
To, že sa voda môže pohybovať po xyléme, sa dá veľmi ľahko preukázať ponorením spodného konca odrezanej stonky do zriedeného roztoku farbiva, ako je eozín. Farbivo stúpa cez xylém a šíri sa po sieti listových žiliek. Ak sa zoberú tenké rezy a prezerajú sa pod svetelným mikroskopom, farbivo sa nájde v xyléme.
To, že xylém vedie vodu, najlepšie demonštrujú experimenty s „zvonením“. Takéto experimenty sa uskutočňovali dávno predtým, ako sa začali používať rádioaktívne izotopy, vďaka čomu bolo veľmi ľahké sledovať cestu látky v živom organizme. V jednej verzii experimentu je vyrezaný krúžok kôry s floémom. Ak experiment nie je príliš dlhý, takéto „zvonenie“ neovplyvní stúpanie vody pozdĺž stonky. Ak však odlúpnete kúsok kôry a vyrežete xylém bez toho, aby ste kúsok kôry poškodili, rastlina rýchlo uschne.
Akákoľvek teória vysvetľujúca pohyb vody cez xylém nemôže nebrať do úvahy nasledujúce pozorovania:
1. Xylémové cievy sú mŕtve rúrky s úzkym lúmenom, ktorých priemer sa pohybuje od 0,01 mm v „letnom“ dreve po približne 0,2 mm v „jarnom“ dreve.
2. Veľké množstvá vody sa prepravujú pomerne rýchlo: pri vysokých stromoch bola zaznamenaná rýchlosť stúpania vody až 8 m/h, zatiaľ čo v iných rastlinách je to často okolo 1 m/h.
3. Na zdvihnutie vody cez takéto rúry na vrchol vysokého stromu je potrebný tlak asi 4000 kPa. Najvyššie stromy - kalifornské obrovské sekvoje (ihličnany, ktoré nemajú cievy a len tracheidy) a austrálske eukalypty - majú nad 100 m Voda stúpa cez tenké kapilárne rúrky vplyvom vysokého povrchového napätia pri pôsobení kapilárnych síl; len vďaka týmto silám však voda ani cez najtenšie xylémové cievy nevystúpi nad 3 m.
Všetky tieto pozorovania sú uspokojivo vysvetlené teóriou spojka(kohézia), alebo teória napätie. Podľa tejto teórie je vzostup vody z koreňov spôsobený odparovaním vody z buniek listov. Ako sme už povedali v sekcii. 14.3, vyparovanie vedie k zníženiu vodného potenciálu buniek susediacich s xylémom. Voda sa preto do týchto buniek dostáva z xylémovej miazgy, ktorá má vyšší vodný potenciál; pri tom prechádza cez vlhké bunkové steny celulózy xylémových ciev na koncoch žíl, ako je znázornené na obr. 14.7.
Nádoby xylému sú naplnené vodou a keď voda opúšťa cievy, vo vodnom stĺpci vzniká napätie. Prenáša sa po stonke po celej ceste z listu ku koreňu vďaka spojka(kohézia) molekúl vody. Tieto molekuly majú tendenciu sa k sebe „lepiť“, pretože sú polárne a sú k sebe priťahované elektrickými silami a potom držané pohromade vodíkovými väzbami (časť 5.1.2). Okrem toho sa pod vplyvom síl zvyknú lepiť na steny ciev priľnavosť. Vysoká súdržnosť molekúl vody znamená, že na pretrhnutie stĺpca vody je potrebná relatívne veľká ťažná sila; inými slovami, vodný stĺpec má vysokú pevnosť v ťahu. Napätie v xylémových cievach dosahuje takú silu, že môže ťahať celý stĺpec vody nahor, čím vzniká hromadný tok; v tomto prípade voda vstupuje do základne takéhoto stĺpca v koreňoch zo susedných koreňových buniek. Je potrebné, aby steny xylémových ciev mali tiež vysokú pevnosť a neboli stlačené dovnútra.
Túto pevnosť zabezpečuje lignín a celulóza. Dôkaz, že obsah xylémových ciev je pod vplyvom veľkej ťahovej sily, sa získal meraním denných zmien priemeru kmeňa na stromoch pomocou prístroja nazývaného dendrometer. Minimálne hodnoty boli zaznamenané počas dňa, kedy je rýchlosť transpirácie maximálna. Drobné stlačenie jednotlivých xylémových ciev sa sčítalo a poskytlo úplne merateľný pokles priemeru celého kmeňa.
Odhady pevnosti v ťahu pre stĺpec xylémovej miazgy sa pohybujú od približne 3 000 do 30 000 kPa, pričom nižšie hodnoty boli získané nedávno. Listy majú vodný potenciál asi -4000 kPa a sila stĺpca xylémovej miazgy je pravdepodobne dostatočná na to, aby vydržala vzniknuté napätie. Je samozrejme možné, že stĺpec vody môže niekedy prasknúť, najmä v nádobách s veľkým priemerom.
Kritici tejto teórie poukazujú na to, že každé narušenie kontinuity stĺpca šťavy by malo okamžite zastaviť celý tok, pretože nádoba by mala byť naplnená vzduchom a vodnou parou (fenomén kavitácia). Kavitácia môže byť spôsobená silným trasením, ohnutím trupu alebo nedostatkom vody. Je všeobecne známe, že počas leta obsah vody v kmeni stromu postupne klesá a drevo sa plní vzduchom. Používa sa v drevárskom priemysle, pretože drevo má lepšiu vztlak. Pretrhnutie vodného stĺpca v niektorých nádobách však veľmi neovplyvňuje rýchlosť prenosu vody. To možno vysvetliť skutočnosťou, že voda prechádza z jednej nádoby do druhej alebo obchádza vzduchovú zátku a pohybuje sa pozdĺž susedných buniek parenchýmu a ich stien. Navyše podľa výpočtov na udržanie pozorovaného prietoku stačí, aby v danom čase fungovala aspoň malá časť nádob. V niektorých stromoch a kríkoch sa voda pohybuje len po najmladšej vonkajšej vrstve dreva, ktorá je tzv beľové drevo. Napríklad v dube a jaseni sa voda pohybuje hlavne cez nádoby bežného roka a zvyšok beľového dreva slúži ako zásoba vody. Počas vegetačného obdobia pribúdajú stále nové a nové cievy, no väčšina z nich vzniká na začiatku sezóny, kedy je prietok oveľa vyšší.
Druhá sila, ktorá sa podieľa na pohybe vody cez xylém je koreňový tlak. Dá sa zistiť a zmerať v momente, keď je koruna odrezaná a kmeň s koreňmi naďalej vylučuje šťavu z xylémových ciev. Tento proces exsudácie je potláčaný kyanidom a inými inhibítormi dýchania a zastaví sa pri nedostatku kyslíka alebo znížení teploty. Aby tento mechanizmus fungoval, zdá sa, že je potrebná aktívna sekrécia solí a iných vo vode rozpustných látok, ktoré znižujú vodný potenciál, do xylémovej šťavy. Voda sa potom dostáva do xylému osmózou zo susedných koreňových buniek.
Samotný kladný hydrostatický tlak asi 100-200 kPa (vo výnimočných prípadoch až 800 kPa), vytvorený tlakom koreňov, zvyčajne nestačí na zabezpečenie pohybu vody hore xylémom, ale jeho prínos je u mnohých rastlín nepochybný. V pomaly transpirujúcich bylinných formách je však tento tlak úplne dostatočný na to, aby spôsobil gutáciu. Gutácia- ide o odstraňovanie vody vo forme kvapiek tekutiny na povrchu rastliny (pričom pri transpirácii voda vychádza vo forme pary). Všetky podmienky, ktoré znižujú transpiráciu, t.j. slabé svetlo, vysoká vlhkosť atď., podporujú gutáciu. Je celkom bežný v mnohých rastlinách tropického dažďového pralesa a často sa pozoruje na špičkách listov mladých sadeníc.
14.21. Uveďte vlastnosti xylemu, vďaka ktorým zabezpečuje transport vody a látok v ňom rozpustených na veľké vzdialenosti.
Hlavné motory vodného prúdu
K absorpcii vody koreňovým systémom dochádza v dôsledku prevádzky dvoch koncových motorov vodného prúdu: horný koncový motor alebo sacia sila vyparovania (transpirácie) a motor na spodnom konci alebo koreňový motor. Hlavnou silou spôsobujúcou prúdenie a pohyb vody v rastline je sacia sila transpirácie, ktorej výsledkom je gradient vodného potenciálu. Vodný potenciál je mierou energie, ktorú voda používa na pohyb. Vodný potenciál a sacia sila sú rovnaké v absolútnej hodnote, ale opačné v znamienku. Čím menšia saturácia vody daného systému, tým menší (negatívnejší) jeho vodný potenciál. Keď rastlina stráca vodu počas procesu transpirácie, bunky listov sú nenasýtené vodou a v dôsledku toho vzniká sacia sila (potenciál vody klesá). prúd vody ide v smere väčšej sacej sily, alebo menšieho vodného potenciálu.
Horný koncový motor toku vody v rastline je teda sacia sila transpirácie listov a jej práca má malú súvislosť s vitálnou aktivitou koreňového systému. Experimenty totiž ukázali, že voda sa môže dostať do výhonkov cez odumretý koreňový systém a v tomto prípade sa absorpcia vody dokonca urýchli.
Okrem horného koncového motora vodného prúdu existuje v závodoch spodný koncový motor. Dobre to dokazuje príklad takých javov, ako napr Gutácia.
Listy rastlín, ktorých bunky sú nasýtené vodou, v podmienkach vysokej vzdušnej vlhkosti, ktorá bráni vyparovaniu, vylučujú kvapôčkovo-kvapalnú vodu s malým množstvom rozpustených látok – gutácia. Kvapalina sa uvoľňuje cez špeciálne vodné prieduchy - hydratátory. Uvoľnená kvapalina je gutta. Proces gutácie je teda výsledkom jednosmerného toku vody, ku ktorému dochádza pri absencii transpirácie, a je teda spôsobený nejakou inou príčinou.
K rovnakému záveru možno dospieť aj pri zvažovaní tohto javu plakať rastliny. Ak výhonky rastliny odrežete a na odrezaný koniec pripevníte sklenenú trubicu, bude cez ňu stúpať kvapalina. Rozbor ukazuje, že ide o vodu s rozpustenými látkami – šťavu. V niektorých prípadoch, najmä na jar, sa pri rezaní vetví rastlín pozoruje aj plač. Stanovenia ukázali, že objem uvoľnenej tekutiny (miazgy) je mnohonásobne väčší ako objem koreňového systému. Plač teda nie je len únik tekutiny v dôsledku reznej rany. Všetko vyššie uvedené vedie k záveru, že plač, podobne ako gutácia, je spojený s prítomnosťou jednosmerného toku vody cez koreňový systém, nezávisle od transpirácie. Sila, ktorá spôsobuje jednosmerné prúdenie vody cez cievy s rozpustenými látkami, nezávisle od procesu transpirácie, sa nazýva koreňový tlak. Prítomnosť koreňového tlaku nám umožňuje hovoriť o spodnom konci motora vodného prúdu. Koreňový tlak možno merať pripevnením tlakomeru na koniec, ktorý zostal po odrezaní nadzemných častí rastliny, alebo umiestnením koreňového systému do série roztokov rôznych koncentrácií a výberom takého, ktorý prestane plakať. Ukázalo sa, že koreňový tlak je približne 0,1 - 0,15 MPa (D.A. Sabinin). Stanovenia vykonané sovietskymi výskumníkmi L.V. Mozhaeva a V.N Zholkevich ukázali, že koncentrácia vonkajšieho roztoku, ktorý zastavuje plač, je výrazne vyššia ako koncentrácia pasoku. To nám umožnilo vyjadriť názor, že plač môže ísť proti koncentračnému gradientu. Ukázalo sa tiež, že k plaču dochádza len za podmienok, v ktorých normálne prebiehajú všetky procesy bunkového života. Nielen zabíjanie koreňových buniek, ale aj zníženie intenzity ich životnej činnosti, predovšetkým intenzity dýchania, prestáva plakať. Pri nedostatku kyslíka, pod vplyvom dýchacích jedov a pri poklese teploty plač ustáva. Všetky vyššie uvedené umožnili D.A. Sabininovi poskytnúť nasledujúcu definíciu: plačúce rastliny- Ide o celoživotný jednosmerný tok vody a živín v závislosti od aeróbneho spracovania asimilátov. D.A. Sabinin navrhol diagram vysvetľujúci mechanizmus jednosmerného prúdenia vody v koreni. Podľa tejto hypotézy sú koreňové bunky polarizované v určitom smere. To sa prejavuje v skutočnosti, že v rôznych kompartmentoch tej istej bunky sú metabolické procesy odlišné. V jednej časti bunky sa zintenzívňujú procesy rozkladu najmä škrobu na cukry, v dôsledku čoho sa zvyšuje koncentrácia bunkovej šťavy. Na opačnom konci bunky prevládajú procesy syntézy, vďaka čomu koncentrácia rozpustených látok v tejto časti bunky klesá. Treba počítať s tým, že všetky tieto mechanizmy budú fungovať len vtedy, ak je v prostredí dostatočné množstvo vody a nie je narušený metabolizmus.
Podľa inej hypotézy je závislosť plaču rastlín od intenzity dýchania nepriama. Energia dýchania sa využíva na dodávanie iónov do buniek kôry, odkiaľ sa desorbujú do xylémových ciev. V dôsledku toho sa zvyšuje koncentrácia solí v xylémových cievach, čo spôsobuje prúdenie vody.
Pohyb vody cez rastlinu
Voda absorbovaná koreňovými bunkami sa vplyvom rozdielu vodných potenciálov, ktoré vznikajú v dôsledku transpirácie, ako aj sily tlaku koreňov, presúva do xylémových dráh. Podľa moderných koncepcií sa voda v koreňovom systéme pohybuje nielen cez živé bunky. Už v roku 1932 nemecký fyziológ Munch rozvinul myšlienku existencie dvoch relatívne nezávislých objemov v koreňovom systéme, cez ktoré sa pohybuje voda - apoplastu a symplastu. Apoplast – Toto je voľný priestor koreňa, ktorý zahŕňa medzibunkové priestory, bunkové membrány a xylémové cievy. Simplast – Ide o súbor protoplastov všetkých buniek ohraničený polopriepustnou membránou. Vďaka početným plazmodesmatám spájajúcim protoplast jednotlivých buniek predstavuje symplast jeden systém. Apoplast zjavne nie je súvislý, ale je rozdelený na dva objemy. Prvá časť apoplastu sa nachádza v koreňovej kôre pred endodermálnymi bunkami, druhá je na druhej strane endodermálnych buniek a zahŕňa xylémové cievy. Endodermové bunky vďaka kasparovským pásom predstavujú bariéru pre pohyb vody voľným priestorom (medzibunkové priestory a bunkové membrány). Aby sa voda dostala do xylémových ciev, musí prejsť cez polopriepustnú membránu a hlavne cez apoplast a len čiastočne cez sympplast. Avšak v endodermálnych bunkách sa pohyb vody zjavne vyskytuje pozdĺž symplastu. Ďalej voda vstupuje do xylémových ciev. Potom dochádza k pohybu vody cez cievny systém koreňa, stonky a listu.
Z ciev stonky sa voda pohybuje cez stopku alebo listovú pošvu do listu. V listovej čepeli sú v žilách umiestnené cievy vedúce vodu. Žily sa postupne rozvetvujú a zmenšujú. Čím je sieť žiliek hustejšia, tým menší odpor voda naráža pri prechode k bunkám mezofylu listu. Niekedy existuje toľko malých vetiev listových žiliek, že zásobujú vodou takmer každú bunku. Všetka voda v bunke je v rovnovážnom stave. Inými slovami, v zmysle nasýtenia vodou existuje rovnováha medzi vakuolou, cytoplazmou a bunkovou membránou, ich vodné potenciály sú rovnaké. Voda sa pohybuje z bunky do bunky v dôsledku gradientu sacej sily.
Všetka voda v závode predstavuje jeden prepojený systém. Keďže medzi molekulami vody sú adhézne sily(kohézia), voda stúpa do výšky výrazne väčšej ako 10 m. Adhézna sila sa zvyšuje, pretože molekuly vody majú k sebe väčšiu afinitu. Súdržné sily existujú aj medzi vodou a stenami nádob.
Stupeň napätia vodných nití v nádobách závisí od pomeru procesov absorpcie a odparovania vody. To všetko umožňuje rastlinnému organizmu udržiavať jediný vodný systém a nie nevyhnutne dopĺňať každú kvapku vyparenej vody.
V prípade, že vzduch vnikne do jednotlivých segmentov nádob, sú zrejme vypnuté z celkového prúdu vedenia vody. Toto je dráha pohybu vody cez rastlinu (obr. 1).
Ryža. 1. Cesta vody v rastline.
Rýchlosť, ktorou sa voda pohybuje rastlinou, sa počas dňa mení. Počas dňa je oveľa väčšia. V čom odlišné typy rastliny sa líšia rýchlosťou, ktorou sa voda pohybuje. Zmeny teploty a zavedenie metabolických inhibítorov neovplyvňujú pohyb vody. Zároveň tento proces, ako by sa dalo očakávať, veľmi závisí od rýchlosti transpirácie a od priemeru nádob, ktoré vedú vodu. V širších nádobách voda naráža na menší odpor. Treba však počítať s tým, že do širších nádob sa môžu dostať vzduchové bubliny alebo môže dôjsť k inej poruche prúdenia vody.
Video: Pohyb vody a organickej hmoty pozdĺž stonky.
Voda absorbovaná koreňovými bunkami sa vplyvom rozdielu vodných potenciálov, ktoré vznikajú v dôsledku transpirácie, ako aj sily tlaku koreňov, presúva do xylémových dráh. Podľa moderných koncepcií sa voda v koreňovom systéme pohybuje nielen cez živé bunky. Apoplast- toto je voľný priestor koreňa, ktorý zahŕňa medzibunkové priestory, bunkové membrány a xylémové cievy.
Simplast- ide o súbor protoplastov všetkých buniek, ohraničený polopriepustnou membránou. Vďaka početným plazmodémom spájajúcim protoplast jednotlivých buniek predstavuje simplast jeden systém.
Aby sa voda dostala do xylémových ciev, musí prejsť cez polopriepustnú membránu a hlavne cez apoplast a len čiastočne cez sympplast. Avšak v endodermálnych bunkách sa pohyb vody zjavne vyskytuje pozdĺž symplastu. Ďalej voda vstupuje do xylémových ciev. Potom dochádza k pohybu vody cez cievny systém koreňa, stonky a listu.
Z ciev stonky sa voda pohybuje cez stopku alebo listovú pošvu do listu. V listovej čepeli sú v žilách umiestnené cievy vedúce vodu. Žily sa postupne rozvetvujú a zmenšujú. Čím je sieť žiliek hustejšia, tým menší odpor voda naráža pri prechode k bunkám mezofylu listu.
Niekedy existuje toľko malých vetiev listových žiliek, že zásobujú vodou takmer každú bunku. Všetka voda v bunke je v rovnovážnom stave. Inými slovami, v zmysle nasýtenia vodou existuje rovnováha medzi vakuolou, cytoplazmou a bunkovou membránou, ich vodné potenciály sú rovnaké. Voda sa pohybuje z bunky do bunky v dôsledku gradientu sacej sily.
Všetka voda v závode predstavuje jeden prepojený systém. Pretože medzi molekulami vody existujú adhézne sily (kohézia), voda stúpa do výšky výrazne väčšej ako 10 m, adhézna sila sa zvyšuje, pretože molekuly vody majú k sebe väčšiu afinitu. Súdržné sily existujú aj medzi vodou a stenami nádob.
Stupeň napätia vodných nití v nádobách závisí od pomeru procesov absorpcie a odparovania vody. To všetko umožňuje rastlinnému organizmu udržiavať jediný vodný systém a nie nevyhnutne dopĺňať každú kvapku vyparenej vody.
V prípade, že vzduch vnikne do jednotlivých segmentov nádob, sú zrejme vypnuté z celkového prúdu vedenia vody. Toto je cesta pohybu vody cez rastlinu.
Rýchlosť, ktorou sa voda pohybuje rastlinou, sa počas dňa mení. Počas dňa je oveľa väčšia. Zároveň sa rôzne druhy rastlín líšia rýchlosťou pohybu vody. Zmeny teploty a zavedenie metabolických inhibítorov neovplyvňujú pohyb vody. Zároveň tento proces, ako by sa dalo očakávať, veľmi závisí od rýchlosti transpirácie a od priemeru nádob, ktoré vedú vodu. V širších nádobách voda naráža na menší odpor. Treba však počítať s tým, že do širších nádob sa môžu dostať vzduchové bubliny alebo môže dôjsť k inej poruche prúdenia vody.
Prečo voda stúpa cez cievy stonky, dozviete sa v tomto článku.
Prečo voda neustále stúpa po stonke?
Pohyb vody sa uskutočňuje cez mŕtve a živé cievy xylému, ktorý tvorí stonku. Voda absorbovaná chĺpkami koreňového systému prechádza cez živé bunky na krátku vzdialenosť len niekoľko milimetrov a potom sa dostáva do samotných xylémových ciev. Pohyb vody cez živé bunky sa uskutočňuje v dôsledku rozdielov v sacej sile rastliny, ktorá sa výrazne zvyšuje od koreňového vlasu po cievy. Je to spôsobené odparovaním vody z listov. Rovnaká situácia sa pozoruje pri pohybe vody cez živé bunky listu z ciev. To znamená, že sa ukazuje, že v listoch, namiesto vody, ktorá sa vyparila, neustále prichádza nová voda, ktorá neustále stúpa nahor.
Čo je stonka rastliny?
Stonka- je to osová časť výhonku rastliny, ktorá nesie púčiky, listy, plody a kvety. Hlavné funkcie stonky sú nasledovné:
Podpora,
vodivé,
Skladovanie.
Jeho ďalšie funkcie sú: stonka je orgánom vegetatívnej reprodukcie, ako aj orgánom fotosyntézy.
Stonka má dva hlavné typy: bylinné a drevité. Bylinná stonka existuje prevažne len jedno vegetačné obdobie a počas svojej existencie buď mierne zhustne, alebo nezhustne vôbec. Medzi takéto rastliny patrí žihľava a quinoa. Drevená stonka je zvyčajne trvácim orgánom. Donekonečna sa zahusťuje a vzniká lignifikačnými pletivami. Medzi takéto rastliny patrí breza, hrozno a ríbezle.
Načítava...
