Kuidas vesi puude otsas tõuseb. Miks vesi varrest üles tõuseb? Tõusev vesi kõrgete puude tüvedes

Õistaimede ksüleem koosneb kahte tüüpi struktuuridest, mis transpordivad vett, trahheiide ja anumaid. In Sect. 8.2.1 oleme juba rääkinud sellest, kuidas vastavad rakud valgusmikroskoobis, aga ka skaneeriva elektronmikroskoobi abil saadud mikrograafidel (joon. 8.11) tehtud. Sekundaarse ksüleemi (puidu) struktuuri käsitleme jaotises. 21.6.6.

Ksüleem moodustab koos floeemiga kõrgemate taimede juhtiva koe. See kangas koosneb nn juhtivad kimbud, mis koosnevad spetsiaalsetest torukujulistest struktuuridest. Joonisel fig. Joonisel 14.15 on näha, kuidas on paigutatud soonekimbud ja kuidas need paiknevad kahe- ja üheiduleheliste taimede primaarses varsis.

14.19. Tehke tabelina kokkuvõte kahe- ja üheiduleheliste taimede esmase varre ehituse erinevustest.

14.20. Milline on kolmemõõtmeline kuju järgmistel koekomponentidel: a) epidermis; b) ksüleem; c) kaheiduleheline peritsükkel ja d) südamik?

Seda, et vesi võib ksüleemi pidi ülespoole liikuda, saab väga lihtsalt näidata, kastes lõigatud varre alumine ots värvaine, näiteks eosiini, lahjendatud lahusesse. Värvaine tõuseb läbi ksüleemi ja levib kogu leheveenide võrgustikus. Kui võtta õhukesed lõigud ja vaadata neid valgusmikroskoobiga, leitakse värvaine ksüleemist.

Seda, et ksüleem juhib vett, näitavad kõige paremini "helina" katsed. Sellised katsed viidi läbi ammu enne radioaktiivsete isotoopide kasutamist, mistõttu oli väga lihtne jälgida aine liikumisteed elusorganismis. Katse ühes versioonis lõigatakse välja floeemiga koorerõngas. Kui katse ei ole väga pikk, ei mõjuta selline “helina” vee tõusu piki vart. Kui aga kooretükk maha koorida ja ksüleem kooretükki kahjustamata välja lõigata, närbub taim kiiresti.

Iga teooria, mis selgitab vee liikumist läbi ksüleemi, ei saa jätta arvesse võtmata järgmisi tähelepanekuid:

1. Ksüleemi anumad on kitsa valendikuga surnud torud, mille läbimõõt varieerub 0,01 mm-st “suvise” puidu puhul kuni ligikaudu 0,2 mm-ni “kevadpuidu puhul”.

2. Suured veekogused transporditakse suhteliselt kiiresti: kõrgetel puudel on registreeritud veetõusu kiirusi kuni 8 m/h, teistel taimedel on see sageli 1 m/h ringis.

3. Vee tõstmiseks läbi selliste torude kõrge puu latva on vaja umbes 4000 kPa rõhku. Kõrgeimad puud - California hiiglaslikud sekvoiad (okaspuud, millel puuduvad anumad ja ainult trahheidid) ja Austraalia eukalüptipuud - on üle 100 m. Vesi tõuseb kapillaarjõudude toimel suure pindpinevusega. aga ainuüksi nende jõudude mõjul ei tõuse vesi isegi läbi kõige õhemate ksüleemanumate üle 3 m.

Kõiki neid tähelepanekuid selgitab teooria rahuldavalt sidur(ühtekuuluvus) või teooria pinget. Selle teooria kohaselt on vee tõus juurtest tingitud vee aurustumisest leherakkudest. Nagu me jaotises juba ütlesime. 14.3, põhjustab aurustumine ksüleemiga külgnevate rakkude veepotentsiaali vähenemist. Seetõttu siseneb vesi nendesse rakkudesse ksüleemimahlast, millel on suurem veepotentsiaal; seda tehes läbib see veenide otstes olevate ksüleemi anumate niiskeid tselluloosi rakuseinu, nagu on näidatud joonisel fig. 14.7.

Ksüleemi anumad täidetakse veega ja kui vesi anumatest lahkub, tekib veesambas pinge. Tänu varrele kandub see edasi kogu tee lehest juureni sidur veemolekulide (kohesioon). Need molekulid kipuvad üksteise külge "kleepuma", kuna nad on polaarsed ja neid tõmbavad elektrilised jõud üksteise poole ning seejärel hoiavad neid koos vesiniksidemed (jaotis 5.1.2). Lisaks kipuvad nad jõudude mõjul veresoonte seintele kinni jääma adhesioon. Veemolekulide suur kohesioon tähendab, et veesamba purustamiseks on vaja suhteliselt suurt tõmbejõudu; teisisõnu, veesambal on kõrge tõmbetugevus. Ksüleemi anumate pinge saavutab sellise jõu, et see võib tõmmata kogu veesamba ülespoole, tekitades massivoolu; sel juhul siseneb vesi sellise samba juurtesse naaberjuurerakkudest. Samuti on vajalik, et ksüleemi anumate seinad oleksid suure tugevusega ega oleks surutud sissepoole.

Selle tugevuse annavad ligniin ja tselluloos. Tõendid selle kohta, et ksüleemi anumate sisu on suure tõmbejõu mõju all, saadi, mõõtes puude tüve läbimõõdu igapäevaseid muutusi, kasutades instrumenti, mida nimetatakse dendromeetriks. Miinimumväärtused registreeriti päevasel ajal, kui transpiratsioonikiirus on maksimaalne. Üksikute ksüleemi anumate pisike kokkusurumine summeeris ja andis täiesti mõõdetava kogu tüve läbimõõdu vähenemise.

Ksüleemimahla kolonni tõmbetugevuse hinnangud on vahemikus umbes 3000 kuni 30 000 kPa, madalamad väärtused on saadud hiljuti. Lehtede veepotentsiaal on umbes –4000 kPa ja ksüleemmahlasamba tugevus on ilmselt piisav, et tekitatud pingele vastu pidada. Muidugi on võimalik, et veesammas võib mõnikord puruneda, eriti suure läbimõõduga anumates.

Selle teooria kriitikud juhivad tähelepanu, et mahlasamba pidevuse katkemine peaks viivitamatult peatama kogu voolu, kuna anum peaks olema täidetud õhu ja veeauruga (nähtus kavitatsioon). Kavitatsiooni võib põhjustada tugev raputamine, tüve painutamine või veepuudus. Teadupärast väheneb suve jooksul puutüves veesisaldus järk-järgult ja puit täitub õhuga. Seda kasutatakse puidutööstuses, kuna puidul on parem ujuvus. Mõne anuma veesamba purunemine ei mõjuta aga oluliselt vee ülekande kiirust. Seda saab seletada asjaoluga, et vesi liigub ühest anumast teise või möödub õhukorgist, liikudes mööda naaberparenhüümi rakke ja nende seinu. Lisaks on arvutuste kohaselt vaadeldava voolukiiruse säilitamiseks piisav, et vähemalt väike osa anumatest töötab igal ajahetkel. Mõnes puus ja põõsas liigub vesi ainult mööda kõige nooremat puidu välimist kihti, mida nimetatakse maltspuit. Näiteks tammes ja tuhas liigub vesi peamiselt jooksva aasta anumate kaudu ning ülejäänud maltspuit toimib veevaruna. Kasvuperioodil lisandub pidevalt uusi laevu, kuid enamik neist moodustub hooaja alguses, kui vooluhulk on palju suurem.

Teine jõud, mis on seotud vee liikumisega läbi ksüleemi, on juure surve. Seda saab tuvastada ja mõõta hetkel, kui võra ära lõigatakse ning juurtega tüvi jätkab ksüleemi anumatest mahla eritamist. Seda eksudatsiooniprotsessi pärsivad tsüaniid ja teised hingamise inhibiitorid ning see peatub hapnikupuuduse või temperatuuri languse korral. Selle mehhanismi toimimiseks on vaja soolade ja muude vees lahustuvate ainete aktiivset sekretsiooni ksüleemimahla, mis vähendavad veepotentsiaali. Seejärel siseneb vesi naaberjuurerakkudest osmoosi teel ksüleemi.

Ainuüksi juurrõhul tekkivast positiivsest hüdrostaatilisest rõhust ca 100-200 kPa (erandjuhtudel kuni 800 kPa) ei piisa tavaliselt vee liikumise tagamiseks ksüleemist ülespoole, kuid selle panus paljudes taimedes on vaieldamatu. Aeglaselt läbivate rohtsete vormide puhul on see surve aga gutatsiooni tekitamiseks täiesti piisav. Guttation- see on vee eemaldamine vedeliku tilkade kujul taime pinnal (samal ajal kui transpiratsiooni ajal väljub vesi auruna). Kõik tingimused, mis vähendavad transpiratsiooni, st nõrk valgustus, kõrge õhuniiskus jne, soodustavad gutatsiooni. See on üsna tavaline paljudes troopiliste vihmametsade taimedes ja seda täheldatakse sageli noorte seemikute lehtede otstes.

14.21. Loetlege ksüleemi omadused, mille tõttu see tagab vee ja selles lahustunud ainete edasikandumise pikkade vahemaade tagant.

Inimestel ja loomadel ringleb veri kogu kehas, mida juhib võimas pump, milleks on süda. Seega saab iga keharakk kõik oma eluks vajalikud ained. Iga puuosa pestakse ka seestpoolt vees sisalduva toitekomponentide lahusega - taime mahlaga. Ühelgi puul pole aga südant. Kuidas siis mahl puu otsas tõuseb?

Teadus ei saa sellele küsimusele siiani täpset vastust anda. Ükski praegu olemasolevatest teooriatest ei paku selle nähtuse täielikku ja lõplikku selgitust. Seetõttu kalduvad teadlased arvama, et mahla liikumine läbi puu toimub mitme samaaegselt toimiva jõu mõjul.

Kõige laialdasemalt tunnustatud teooria on osmootne rõhk. Fakt on see, et kõigis elusorganismides tungib toitainete lahus rakkudesse läbi õhukeste membraanide. See juhtub seetõttu, et lahustunud ainete kontsentratsioon membraanide erinevatel külgedel on erinev ja seetõttu kipub see vastavalt füüsikaseadustele ühtlustuma. Seda nähtust (mis, muide, ei esine ainult eluslooduses) nimetatakse osmoosiks ja protsessi edasiviivaks jõuks oleva aine kontsentratsioonide erinevus membraani eri külgedel on osmootne rõhk. Seega, mida suurem on see kontsentratsiooni erinevus, seda suurem on vedeliku kogus, mis kantakse läbi membraani.

Vesi ja mineraalsoolad, mida taimed elutegevuseks vajavad, leidub mullas. Kuna nende sisaldus on seal suurem kui puude juurtes, tekib osmootne rõhk, mis sunnib niiskust koos selles lahustunud sooladega taime sisse tungima. Sama mõju tõttu tõuseb mahl mööda juurt tüvesse ja sealt edasi ülejäänud puusse. Mineraalsoolad jäävad puurakkudesse, kui lahus neid läbib, ja liigne vesi aurustub lehtedest.

Sellega seoses on veel üks hüpotees. Selle kohaselt toimub mahla liikumine esiteks vee aurustumise tõttu lehtedest ja teiseks vee "ühtekuuluvuse" olemasolust. Kohesioon on jõud, mis põhjustab aine ühe väikese osakese "kleepumise" teise külge.

Selle teooria kohaselt tekib lehtedest niiskuse aurustumisel nende rakkudes vaakum ja selle tulemusena hakkavad nad naaberrakkudest vett ligi tõmbama. Sama asi juhtub seal ja nii edasi, kuni see jõuab juurteni, mis imavad niiskust (ja koos sellega toitaineid) mullast. Mis puutub ühtekuuluvusse, siis see hoiab veeosakesi koos, kui need mööda pagasiruumi üles tõusevad, võimaldades voolul püsida pidevana.

Miks vesi läbi varre anumate üles tõuseb, saate sellest artiklist teada.

Miks vesi pidevalt mööda varre üles tõuseb?

Vee liikumine toimub varre moodustava ksüleemi surnud ja elavate anumate kaudu. Juuresüsteemi karvadest imendunud vesi läbib elusrakkude lühikese, vaid mõne millimeetri pikkuse vahemaa ja siseneb seejärel ksüleemi anumatesse. Vee liikumine läbi elusrakkude toimub taime imemisjõu erinevuste tõttu, mis suureneb oluliselt juurekarvadest anumateni. See on tingitud vee aurustumisest lehtedest. Sama olukorda täheldatakse vee liikumisel läbi lehe elusrakkude anumatest. See tähendab, et lehtedes tuleb aurustunud vee asemele pidevalt uut vett, mis tõuseb pidevalt ülespoole.

Mis on taime vars?

Vars- see on taime võrse aksiaalne osa, mis kannab pungi, lehti, vilju ja õisi. Varre peamised funktsioonid on järgmised:

Toetus,

juhtiv,

Säilitamine.

Selle lisafunktsioonid on: vars on vegetatiivse paljunemise organ, samuti fotosünteesi organ.

Varre on kahte peamist tüüpi: rohtne ja puitunud. Rohtne vars eksisteerib põhiliselt vaid ühe kasvuperioodi ning oma eksisteerimise jooksul kas jämeneb veidi või ei paksene üldse. Selliste taimede hulka kuuluvad nõges ja kinoa. Puitunud vars on tavaliselt mitmeaastane organ. See pakseneb lõputult ja moodustub kudede lignifitseerimisel. Selliste taimede hulka kuuluvad kask, viinamarjad ja sõstrad.

Töö tekst postitatakse ilma piltide ja valemiteta.
Töö täisversioon on PDF-vormingus saadaval vahekaardil "Tööfailid".

Sissejuhatus

Kui sageli inimesed elavad oma tavapärast elu ega märka hämmastavaid asju. Meie metsade ilu on ainulaadne.Puud on tähelepanuväärsed mitte ainult oma ilu, vaid ka mitmekesisuse poolest. Miks kasvavad meie planeedil laiusvööndites sama liigi teatud kõrgusega puud? Mis määrab puude kõrguse? Kuidas pakuvad hiiglaslikud puud end tõusuveega? Need küsimused huvitasid mind väga. Atmosfäärirõhuvööde suhtes kehtib laiuskraadide tsoonilisuse seadus kui üks elusorganisme mõjutav tegur. Puude veevarustussüsteemi võib võrrelda vee liikumisega läbi torude ja vedeliku liikumine puidu anumates on kapillaartorude tõusu kõrgus. Probleem: miks kasvavad eri klimaatilistel laiuskraadidel sama liigi erineva kõrgusega puud ning millest sõltub madalakasvuliste puude ja hiidpuude vett juhtiv süsteem. Hüpotees: kui on olemas puitanuma läbimõõdu sõltuvus puu kõrgusest, siis selle kõrgus sõltub ühest mõjutegurist erinevatel laiuskraadidel atmosfäärirõhust. Sihtmärk: puu kõrguse sõltuvuse uurimine puitanuma läbimõõdust teatud atmosfäärirõhul selle erinevatel kasvulaiuskraadidel.

Projekti eesmärgid: 1. Uurige valitud teema kohta teabeallikaid. 2. Süvendada teadmisi hüdrauliliste seaduste ja kapillaarnähtuste teooriast. 3. Viige läbi ja kirjeldage eksperiment, mis kinnitab või lükkab ümber püstitatud hüpoteesi. 4. Töödelda ja analüüsida tehtud töö tulemusi. 5. Esitage tulemused joondiagrammina. 6. Tee järeldus, mis vastab eesmärgile.

Õppeobjekt: füüsika seadused ja nähtused hüdraulika teooria uurimisel, kapillaarnähtused. Õppeaine: puidust juhtiv süsteem. Teema asjakohasus: Uurimistöö on tingitud hüdraulikaseaduste ja kapillaarnähtuste teooria alaste teadmiste täiustumisest, püstitades uurimisprobleemi avalikkuse tähelepanu tõmbamises meile tuttavate nähtustega seotud probleemidele ja diagrammi koostamisel puitanuma läbimõõt kõrguse järgi.

1. Mis on hüdraulika

Hüdraulika on tuhandeaastase arengulooga teadus. Sõna hüdraulika pärineb kahe kreekakeelse sõna kombinatsioonist - hydor(vesi) ja aulos(toru) - ja tähendab vee liikumist läbi torude. Praegu on terminil “hüdraulika” laiem tähendus. Tänapäevases mõistes on hüdraulika tehnikateadus, mis uurib vedelike tasakaalu- ja liikumiseseadusi ning meetodeid nende seaduste rakendamiseks inseneripraktikas. Hüdraulika seda osa, mis arvestab vedelike tasakaaluseadustega, nimetatakse hüdrostaatikaks, seda osa, mis arvestab vedelike liikumisseadustega, hüdrodünaamikaks. Hüdraulika uurimise kaks suunda – dünaamilises ja staatilises kontekstis. Hüdrodünaamika käsitleb vee kui sellise kinemaatika küsimusi, samas kui hüdrostaatika on rohkem keskendunud vedelike koostoime seadustele teiste keskkondade ja kehadega. Hügroskoopse liikumise põhjuseks on õhuniiskuse kõikumine. Erinevat tüüpi hüdraulikaseadmetes luuakse vajalik rõhk peaaegu alati kompressorite või pumpade abil. Taimeorganismis ei nõua erinevat tüüpi liigutuste, sealhulgas kontrollliigutuste sooritamisega seotud probleemide lahendamine nii suuri jõupingutusi. Kuid need on lahendatud ka hüdraulika seadusi kasutades, kuid oluliselt madalamatel rõhkudel 1.

Sellesuunalise uurimistöö peamine aspekt on veekeskkond. Vesi on biosfääris kõige levinum aine, millel on eluslooduse ja eriti taimede elus äärmiselt oluline roll. Vesi on osa iga looma ja taime rakkudest ja kudedest. Kaotus suured hulgad Elusorganismi kokkupuude veega võib põhjustada selle surma. Taimed soodustavad kiiremat veevahetust mulla ja õhu vahel. Taimemaailma kasulikku mõju kliimale, seda reguleerides, on raske üle hinnata.

2. Hüdraulika taimestik ja seadused

Taimeorganismi autonoomseid liikumisi juhitakse hüdraulika abil. Tehnoloogias loovad disainerid kõrge rõhu kokkusurumise teel: mõni liikuv osa, näiteks kolb, surub vedelikule peale. Tehase jaoks nõuaks sellise tehnoloogia kasutamine suuri energiakoguseid ning spetsiaalsete ja pealegi keerukate seadmete loomist. Seetõttu kasutavad nad konstruktiivsest vaatenurgast palju lihtsamat ja energiatarbimise seisukohalt rohkem tõhus meetod- osmoos. Osmoos on aine difusioon läbi vaheseina (membraani), mis eraldab puhast lahustit ja lahust või kahte erineva kontsentratsiooniga lahust. Vahesein on läbilaskev ainult lahustit. Seda hüdraulilise rõhu loomise meetodit seostatakse soolade loomuliku võimega vett ligi tõmmata, selles lahustuda ja lahuse küllastumist vähendada. Osmoosi kaudu tekitavad taimed üsna kõrgeid rõhku. Intratsellulaarne rõhk annab jäikuse neile taimedele, mille kuded ei muutu lignified. Kui osmootne rõhk langeb, näiteks lõigatud ja vaasi asetatud lilledel, taim närbub. Paljud tehased on selleks otstarbeks hankinud tõelised liitmikud, mis töötavad samal põhimõttel nagu tehnikas hüdraulilised liitmikud. Kuidas taim saavutab järsu rõhulanguse? Põhjus on selles, et see on võimeline muutma poolläbilaskva rakumembraani pooride suurust. Kui pooride suurus suureneb, voolab rakus olev rõhu all olev lahus välja ja rõhk väheneb. Mõne minuti jooksul naaseb rakumembraan oma eelmisele olekule ja protsessi saab uuesti korrata 2.

2.1. Veevoolu mootorid

Vee liikumise läbi taime määravad kaks peamist veevoolu tõukejõudu: veevoolu alumine tõukejõud ehk juurerõhk, veevoolu ülemine juht või atmosfääri imemisefekt. Mehhanism, mis tagab vee tõusu läbi taime juure surve tõttu, on veevoolu alumise otsa mootor. Vesi täitub kogu tee pinnasest – läbi juure ja varre – kuni lehe rakkudeni. Kogu veevool on suunatud madalama veepotentsiaali poole. Juuresurve sunnib vett juure kesksilindri anumatesse ja imemisjõud tõmbavad seda vett ligi. Vee tõusmise protsessi juurtest lehtedele nimetatakse ülesvooluks. Juurerõhku nimetatakse veevoolu alumise otsa mootoriks. Vett ligitõmbavate lehtede imemisjõude nimetatakse veevoolu ülemise otsa mootoriks. Meie tavalistel puudel on üsna suured suurused ja vett juhtiva juurestiku märkimisväärne pikkus. Veevool kogeb ja ületab gravitatsioonijõudu, gravitatsioonijõudu. Liikuvate veemolekulide vahel on adhesioonijõud. Vett juhtivad elemendid on veevooluga lahutamatud, kuna nende seinad on täielikult märjad ja veega küllastunud. Kõik see eristab suuresti puidus tekkivaid tingimusi kolbpumpade tingimustest, kus silindri ja kolvi seinte vahele tekivad pidevalt õhumullid, mis rikuvad veesamba terviklikkust. See sammas puruneb, kui tõuseb üle 10 meetri kõrgusele. Vee tõstmiseks 100 meetri kõrgusele on vaja, et puuvõras oleks imemisjõud suurusjärgus kuni 35 atmosfääri: gravitatsioonijõu ületamiseks - 10 atmosfääri, vastupidavus filtreerimisele läbi põikseinte. anumad - kuni 25 atmosfääri. Seetõttu näib puhtfüüsilisest aspektist vaadatuna võimalik seletada vee tõusu 100 meetri kõrgusele või rohkem 3.

3. Kapillaarnähtused

Kapillaarsus on vedeliku tõus või langus kapillaarides, mis seisneb selle vedeliku võimes muuta taset väikese läbimõõduga torudes, suvalise kujuga kitsastes kanalites ja poorsetes kehades. Sarnaseid nähtusi võib täheldada ka väga kitsastes torudes, mida nimetatakse kapillaarideks (ladina keelest. kapillas- juuksed) 4 . Kapillaarsuse aluseks olevad jõud on d pindpinevuse mõju ja sma-chi-va-niya mõju.

3.1. Pind pinevus

Mõiste "pindpinevus" tähendab, et pinnal olev aine on "tihedas" olekus, see tähendab pinges olekus, mida seletatakse jõu, mida nimetatakse siserõhuks, toimega. See tõmbab vedeliku sees olevaid molekule selle pinnaga risti. Aine sisemistes kihtides asuvad molekulid kogevad ümbritsevate molekulide poolt keskmiselt võrdset külgetõmmet kõigis suundades. Pinnakihi molekulid on allutatud ebavõrdsele külgetõmbele ainete sisekihtidest ja keskkonna pinnakihiga piirnevalt küljelt. Vedeliku-õhu liidesel tõmbavad pinnakihis paiknevad vedelikumolekulid tugevamini vedeliku sisekihtide naabermolekulid kui õhumolekulid. Sisemine rõhk põhjustab vedeliku pinnal asuvate molekulide sissetõmbumise ja seega kaldub pinda antud tingimustes miinimumini. Liidese pikkuse ühiku kohta mõjuvat jõudu, mis põhjustab vedeliku pinna kokkutõmbumist, nimetatakse pindpinevusjõuks või lihtsalt pindpinevusega 5.

Pindpinevustegur on peamine vedeliku pinna omadusi iseloomustav suurus ja seda nimetatakse pindpinevustegur. Pindpinevus on jõud, mis on põhjustatud vedeliku molekulide vastastikusest külgetõmbest, mis on suunatud selle pinnale tangentsiaalselt. Pindpinevusjõudude toime toob kaasa asjaolu, et tasakaalus oleva vedeliku pindala on minimaalne. Kui vedelik puutub kokku teiste kehadega, on vedeliku pind, mis vastab selle pinnaenergia miinimumile.

3.2. Niisutav toime

Joon, mis piirab tilka pinda tahke keha on kolme keha pindade piir: vedel, tahke ja gaasiline. Seetõttu mõjuvad nende kehade piiril vedelikutilga tasakaalu loomise protsessis kolm jõudu: vedeliku pindpinevusjõud gaasi piiril, vedeliku pindpinevusjõud gaasi piiril. tahke aine ja tahke aine pindpinevusjõud gaasi piiril. See, kas vedelik levib üle tahke keha pinna, tõrjudes sealt välja gaasi või, vastupidi, koguneb tilgaks, sõltub nende jõudude suuruste suhtest. Tuleb märkida, et kapillaarides märgumise peamise tunnusena kasutatakse materjali puhtale pinnale kantud vedelikutilga poolt moodustatud laigu läbimõõdu muutumise kiirust. Selle väärtus sõltub nii pinnanähtustest kui ka vedeliku viskoossusest, tihedusest ja lenduvusest. Teiste identsete omadustega viskoossema vedeliku pinnale levimiseks kulub kauem aega ja see voolab aeglasemalt läbi kapillaarkanali 6.

3.3. Vedeliku tõusu kõrgus kapillaartorudes

Kapillaarnähtusi põhjustavad kaks erinevalt suunatud jõudu: gravitatsioonijõud, mis sunnib vedelikku alla kukkuma, ja pindpinevusjõud, mis liigutab vett ülespoole. Vedeliku tõus/langetamine piki cap-pill-la-ru jääb alles siis, kui pinna jõud võrrandi raskusjõule -istub alllamava vedeliku kolonnile mõjuva gravitatsioonijõu toimel. Kõrgus, milleni määrdevedelik kapillaartorus langeb, ületades raskusjõu, arvutatakse valemiga (3.3.1):

(3.3.1)

Kus ------- pinna kaasefektiivsus,N/m; - vedeliku tihedus, kg/m 3 ; - gravitatsiooni kiirendus,9,8 m/s 2 ; h - tõstetud vedeliku kolonni kõrgus,m; r - kapillaaride raadius, m; d - kapillaari läbimõõt, m 7.

Kui kapillaar on kaldu vedeliku pinnale, siis vedeliku tõusu kõrgus ei sõltu kaldenurgast. Olenemata sellest, kuidas kapillaarid struktuuris paiknevad, sõltub vedeliku tõusu kõrgus ------, , r ( d ) . Kapillaarides vedeliku tõusu kõrguse valemist väljendame kapillaari läbimõõdu leidmise valemit (3.3.2)

kus ------- tipptasemel pingetegur, N/m; - vedeliku tihedus, kg/m 3 ; - raskuskiirendus, 9,8 m/s 2 ; h - tõstetud vedeliku kolonni kõrgus, m; d - kapillaari läbimõõt, m 8.

4. Hüdrostaatiline rõhk

Iga vedelikuosake, mis asub Maa gravitatsiooniväljas, on mõjutatud gravitatsioonijõust. Selle jõu mõjul surub iga vedelikukiht selle all asuvatele kihtidele. Vedelikes on selle kaalu tõttu rõhk. Vedelik võib kergesti muuta oma kuju. Vedeliku osad võivad vabalt liikuda, üksteise suhtes libiseda. Vedelikud on praktiliselt kokkusurumatud. Puidu vesi võib olla kas staatilises (stabiilne) või dünaamilises (ebastabiilses) olekus. Kui vesi on termodünaamilises tasakaalus puiduga ja keskkond, siis ei toimu selles ajas ega ruumis muutusi. Sellist vee olekut nimetatakse stabiilseks ja see iseloomustab puidu ja vee vastasmõju lõpptulemust. Dünaamika loob kõige üldisemad puidu ja vee vastasmõju mustrid. Vedeliku massist tulenevat rõhku nimetatakse hüdrostaatiliseks rõhuks. Pascali seaduse kohaselt kandub vedelikule avaldatav rõhk vedeliku poolt kõikides suundades edasi võrdselt. See on tingitud molekulide liikuvusest vedelas olekus 9 .

Vedelikukolonni rõhk määratakse valemiga (5.1):

R = ρgh ,Pa

Kus ρ - vedeliku tihedus, kg/m 3 ; g - raskuskiirendus, 9,8 m/s 2 ;
h - vedelikusamba kõrgus või rõhu mõõtmise sügavus, m 10.Hüdrostaatiline rõhk võrdub vedelikusamba massiga, mille alus on ühik ja mille kõrgus on võrdne vedeliku vaba pinna all oleva punkti sukeldumissügavusega. Rõhku anuma põhjas määrab ainult vedelikusamba kõrgus. Sõltumata anuma kujust ja suurusest.

5. Atmosfäärirõhu rihmad

Maad ümbritseval õhul on mass ja see avaldab survet kõigile maapinnal asuvatele objektidele. Jõudu, millega õhk maapinnale surub, nimetatakse atmosfääri rõhk. Tavaliselt peetakse normaalseks atmosfäärirõhuks õhurõhku 760 millimeetrit elavhõbedat merepinnal laiuskraadil 45° ja temperatuuril 0 °C. Õhurõhk meie planeedil võib olla väga erinev. Atmosfäärirõhu jaotumisel üle maapinna on selgelt väljendunud tsooniline iseloom.

Planeedil on moodustunud mitu atmosfäärirõhuvööd:

madal rõhk ekvaatoril;

kõrgrõhkkond troopikas;

madalrõhkkond keskmistel laiuskraadidel;

kõrge rõhk pooluste kohal.

See juhtub pideva tõttu kõrged temperatuuridõhk ekvaatoril. Kuumutatud õhk tõuseb ja liigub troopika poole. Poolustel on maapind alati külm ja õhurõhk kõrge. Seda põhjustab parasvöötme laiuskraadidelt pärit õhk. Parasvöötme laiuskraadidel moodustub õhu väljavoolu tõttu madalrõhuvöönd 11.

Seega on Maal kaks atmosfäärirõhuvööd – madal ja kõrge. Vähenes ekvaatoril ja kahel parasvöötme laiuskraadil. Kasvatatud kahel troopilisel ja kahel polaarsel. Need võivad olenevalt aastaajast veidi nihkuda. Aastaringselt püsivad madalrõhualad ekvaatori lähedal ja lõunapoolkeral parasvöötme laiuskraadidel.

5.1. Atmosfäärirõhu mõju taimedele

Laboratoorseid vaakumseadmeid on erineva suuruse ja võimsusega. Sellise väga madalal atmosfäärirõhul põhineva installatsiooni kasutamisega on võimalik realiseerida bonsai kunsti - tõelise puu täpse koopia kasvatamist miniatuursena - taimede kasvukõrguse otseselt proportsionaalset sõltuvust atmosfäärirõhust. survet. Atmosfäärirõhu suurenemisega/langemisega absoluutne kasv proportsionaalselt suureneb/väheneb. See võib olla eksperimentaalne tõestus selle kohta, miks puud pärast miljoneid aastaid tagasi Maal toimunud katastroofi kas täielikult välja surid või kahanesid 12 võrra. Tänapäeval on kadunud biosfääri jäänused kuni 150 meetri kõrgused hiiglaslikud puud, mis kuni viimase ajani olid laialt levinud kogu planeedil. Tihe õhk on soojusjuhtivam, mistõttu levis lähistroopiline kliima ekvaatorilt poolustele, kus jääkest polnud. Kõrge atmosfäärirõhu tõttu oli õhu soojusjuhtivus kõrge. See asjaolu tõi kaasa asjaolu, et temperatuur planeedil jaotus ühtlaselt ja kogu planeedi kliima oli subtroopiline. Tänu õhu kõrgele soojusjuhtivusele kõrgel atmosfäärirõhul kasvasid poolustel ka troopilised ja subtroopilised taimed.

Viimasel ajal oleme täheldanud planeedi rõhu järkjärgulist vähenemist. Viimase tuhande aasta jooksul langes rõhk, kui eeldada, et see langes 1-2 mm elavhõbedat aastas, kolmelt atmosfäärilt ühele. Maa hõivab vaid 1/3 planeedi pinnast, selgub, et Maa oli kaetud tahke rohelise massi kihiga. Metsade mitmetasandiline olemus võimaldas paigutada Maale tuhandeid kordi suurema massi kui tänapäevane biosfäär.

6. Hiiglaslikud puud

Kunagi katsid suurema osa maast hiiglaslike taimedega reliktmetsad maakera. Fossiilsed tõendid viitavad sellele, et hiiglaslikud puud eksisteerisid juba juura perioodil. Looduses juhtub nii, et kümme kõrgeimat puud kasvavad USA-s ja kuuluvad Sequoia liiki. Omanäoliste puudena on igal neist õige nimi. Kuid teistel mandritel ja riikides kasvavad mitte vähem hämmastavad ja ainulaadsed puuliigid.

Sequoia on maailma kõrgeim puu, mis kasvab kogu oma eluea pikkuses ja laiuses. Teadlased on leidnud, et sekvoia kasvas Maal enam kui 100 miljonit aastat tagasi. Sellest annavad tunnistust leitud kivistised koos koorejäänustega. Teadlased ütlevad, et miljoneid aastaid tagasi kasvasid sekvoiad kogu Maa põhjapoolkeral. Tänapäeval kasvavad need hiiglased oma loomulikul kujul Põhja-Ameerikas Vaikse ookeani rannikul kitsal ribal, California osariik ei ole kunagi rannikust kaugel. Seda puud kasvatatakse kunstlikult Kanadas, Mehhikos, Suurbritannias, Portugalis, Itaalias, Lõuna-Aafrikas, Uus-Meremaal, Krimmis ja Kaukaasias. Kuid kõikjal, kus see puu on kunstlikult istutatud, ei saavuta see nii tohutuid suurusi kui oma looduslikul kodumaal Põhja-Ameerikas. Eukalüpt on igihaljas hiiglane, mis kasvab Austraalias, Uus-Meremaal ja Tasmaanias. Hiiglaslikud eukalüptipuud saavad elada ainult subtroopiliste piirkondade niiskes kliimas. Eukalüpt on puu, mis ei paku varju, kuna lehtede labad pöörduvad päikese poole. Tänu sellele võimele suudab eukalüpt säilitada endasse imatavat niiskust pikka aega, see on tõeline veepump. Üks selline puu suudab ööpäevaga imada üle 300 liitri niiskust. Ja see joob aastas üle 100 tonni vett. Nende omaduste tõttu kasutatakse seda puud sageli maaparanduses 13 .

6.1. Tõusev vesi kõrgete puude tüvedes

Pikka aega jäi saladuseks vee kõrgete puude latva tõusmise mehhanism. Puu juurtest pärinev vesi tõuseb läbi ksüleemi - vaskulaarse koe ja liigub kapillaarjõudude toimel gravitatsiooni vastu ülespoole. Mida kõrgem on puu (ja seega ka veesamba kõrgus), seda suurem gravitatsioon raskendab ronimist. Veesamba rõhk ksüleemis väheneb pidevalt kõrgusega. Veesammas puruneb õhumullide ilmnemisel. Kõrgusel, mis on suurem kui 110 meetrit, s.o. hiiglaslike puude latvades on rõhk ksüleemis väga lähedal minimaalsele võimalikule. Põua ajal pole aga võimalik vältida rõhulangust alla lubatud piiri - tõenäoliselt sureb võra ülemine osa ära, kuid asendub siis uuega. Peaaegu kõigil kõrgetel sekvoiadel on mitu tippu. Nagu ksüleemi rõhk, väheneb ka elusrakkude sisemine hüdrostaatiline rõhk, mis on vajalik nende kasvuks ja lehtede laienemiseks, lineaarselt kõrgusega 14 .

Puu kõrguspiiri määrab vee olemasolu. Kõrgus, milleni sekvoiad võivad jõuda, ei ole konstantne, see muutub aja jooksul sõltuvalt kliima- ja atmosfäärimuutustest – ju mõjutavad puu veevarustust ja süsiniku tasakaalu mitmed tegurid: süsinikdioksiidi kontsentratsiooni tase atmosfääris, muutused. väliskeskkonna temperatuuri ja niiskuse suhtes.

7. Eksperiment

Eksperimendi eesmärk: tõestada, et vedeliku tõusu kõrgus kapillaarides sõltub nende kapillaaride läbimõõdust.

Varustus ja materjalid: anum vedelike jaoks, termomeeter, nihikud, marker, erineva läbimõõduga torude komplekt, allikavesi, looduslik kasemahl (lisa A).

Töö käik: 1. Valmistatud erineva läbimõõduga torude proovid uurimistööks. Määrasin nihiku abil nende siseläbimõõdu ja nummerdasin vastavalt läbimõõtu vähendades ning sisestasin andmed tabelisse 10.1 (lisa B). 2. 1 sentimeetri kaugusel proovi ühest otsast märkisin markeriga joone. Ta võttis anuma allikaveega ja laskis proovitorud ükshaaval vette, nii et veetase langes kokku tõmmatud joonega. 3. Märkis markeriga vedeliku tõusu kõrguse. Tegin selle katse iga prooviga (lisa B). 4. Mõõtsin nihikuga torudes allikavee tõusu kõrguse. Saadud analüüsiandmed kanti tabelisse 10.2 (lisa D). 5. Korrati katset loodusliku kasemahlaga (lisa E). 6. Mõõtsin nihikuga kasemahla kerkimise kõrguse torudes. Saadud analüüsiandmed kanti tabelisse 10.3 (lisa E).

Allikavee temperatuur katses on 20 0 C; tihedus = 1000 kg/m 3 ; pindpinevustegur = 0,073 N⁄m. Loodusliku kasemahla temperatuur on 20 0 C; tihedus = 1000 kg/m 3 ; pindpinevustegur = 0,062 N⁄m 15. Kapillaarides vedeliku tõusu kõrguse leidmise valemi (3.3.1) kohaselt sõltub see kõrgus ------, , d .

Järeldus: Tabelitest 10.2 ja 10.3 järeldub, et tõstetud vedelike kõrgus on võrdeline torude läbimõõduga, allikaveega tehtud katse tulemused kinnitavad seda proportsionaalsust loodusliku kasemahlaga tehtud katse tulemustega. Looduslik kasemahl kui viskoossem vedelik voolab aeglasemalt läbi kapillaarkanali.

Üldteoreetiliste põhimõtete väljatöötamise üks peamisi meetodeid on üldistamine - vahend konkreetsete nähtuste teadmiselt üldiste teadmistele üleminekuks. See seisneb materiaalse maailma selliste omaduste ja nähtuste uurimises, mis iseloomustavad mitte ühte nähtust, vaid tervet nähtuste klassi, mis on selles suhtes homogeensed.

Sarnasusteooria on eksperimentide teadusliku üldistamise meetodite õpetus. See annab vastuse küsimusele, kuidas katset üles seada ja saadud andmeid töödelda nii, et neid saaks laiendada sarnastele nähtustele. Iga loodusnähtus on materiaalsete kehade süsteem, mis selles toimuvate erinevate protsesside tõttu läbib teatud olekusmuutuse. Sarnased nähtused on üksteisega geomeetriliselt sarnaste kehade süsteemid, milles toimuvad sama füüsikalise olemusega protsessid ja milles samad nähtusi iseloomustavad suurused on omavahel seotud konstantsete arvudena.

Sarnasusmeetodit kasutatakse rakendusülesannetes, mille lahendused nõuavad suure hulga füüsikaliste suuruste arvestamist ja võimaldab tuvastada dimensioonideta parameetreid, mis mõjutavad uuritavat protsessi iseseisvalt. Selline lähenemine võimaldab lihtsustada kvalitatiivset uurimistööd ja katsete arvulist simulatsiooni. Tõstetud vedeliku samba kõrgus on sarnane puu kõrgusega, torude läbimõõt on sarnane puiduanumate läbimõõduga. Pärast tulemuste analüüsimist koostasin puude veevärgi kohta saadud andmete ja sarnasusmeetodi põhjal kõrguskõvera: sõltuvuse lineaardiagrammi. puitanuma läbimõõt kõrguselt. (Lisa G).

Kapillaartorus olev vedelik ületab gravitatsiooni. IN Sel hetkel aega vedeliku olek on stabiilne ja iseloomustab puidu ja vee vastasmõju lõpptulemust. Surve põhjustab puidus oleva vedeliku kaal.

Vastavalt hüdrostaatilise määramise valemile vedelikusamba rõhk (5.1) rõhu anuma põhjas määrab ainult vedelikusamba kõrgus ja sõltumata anuma kujust ja mõõtmetest. Atmosfääri õhurõhk surub maapinnale. Hüdrostaatiline rõhk vedeliku antud punktis tekib sellest punktist kõrgemal oleva vedeliku massiga ja vedeliku pinna kohal oleva atmosfääri massiga. Rõhk vedeliku pinnal on sageli võrdne atmosfäärirõhuga.

Järeldus katsest: niisutusvedelikud allikavesi ja looduslik kasemahl, koostiselt sarnased looduslikud allikad vesi kogu taimemaailmale ja mahlavool puudes tõuseb läbi puidusoonte kapillaaride, ületades gravitatsioonijõu, puu kõrgusele, olenevalt nende vedelike pindpinevuste koefitsiendist, nende tihedusest ja vedelike läbimõõdust. puidust anumate kapillaar.

Kuna atmosfäärirõhu jaotumisel üle maakera on väljendunud tsonaalne iseloom ning teatud laiuskraadidel on tekkinud mitu madala ja kõrge õhurõhuga vöödet, on suure tõenäosusega erinevatel laiuskraadidel teatud õhurõhul puude kõrgus erinev. selle kasvust ja see sõltub õhurõhust kui ühest taimemaailma kasvu ja arengut mõjutavast tegurist.

Puude kõrgust mõjutavad erinevad klimaatilised tegurid, sealhulgas atmosfäärirõhk, kuid ennekõike sõltub see puu enda hüdrosüsteemist.

Järeldus

Selle tulemusena uurimistöö I saavutanud probleemile lahendused, kasutades seatud eesmärki ja eesmärke:

1. Uurinud valitud teemal erialakirjandust, sh teadus- ja ajakirjaartikleid, õpikuid, sõnaraamatuid ja entsüklopeediaid.

2. Süvendasin teadmisi hüdraulika ja kapillaarnähtuste seaduspärasustest, mis on laialt levinud nii inimtegevuses kui looduses.

3. Tõestas katseliselt puitanuma läbimõõdu sõltuvust kõrgusest.

4. Analüüsis uurimistöö tulemusi ja esitas tulemused joondiagrammi kujul.

5. Kinnitas hüpoteesi puu kõrguse sõltuvusest atmosfäärirõhust, kui ühe mõjutegurist selle erinevatel kasvulaiuskraadidel.

6. Paremad isikuomadused tema töö käigus:

visadus;

vaatlus;

oskus töötada suure teabehulgaga;

soov enesearenguks.

Ostetud:

keskenduda tulemustele;

süstemaatiline mõtlemine;

analüütilised oskused.

Näen edasisi väljavaateid enda väljatöötatud toote kasutamiseks koolis füüsika- ja bioloogiatundides teadmiste täiendamiseks.

Kasutatud kirjanduse loetelu

1. Bashta T.M. Hüdraulika, hüdromasinad. - M.: Alliance Publishing House, 2002. - 422 lk.

2. Galdin N.S. Hüdraulika ja hüdroajami põhitõed: Õpetus. - Omsk: SibADI kirjastus, 2006. - 145 lk.

3. Gomoyunov K.K. Füüsika. Seletav sõnastik koolilastele ja üliõpilastele. - M.: Prospekt, 2. trükk, 2010. - 496 lk.

4. Paturi F. Taimed on geniaalsed looduseinsenerid. - M.: Progress, 2002. - 265 lk.

5. Magerramov M. A. Looduslike ja kontsentreeritud puu- ja köögiviljamahlade termofüüsikalised omadused. - Bakuu.: Elm, 2006. - 274 lk.

6. Salnikov V.S. Vedeliku ja gaasi mehaanika. - Jaroslavl: kirjastus Fakel, 2002. - 199 lk.

7. Telesnin R.V. Molekulaarfüüsika: Õpetus. - Peterburi: Lan, 2009. - 368 lk.

8. Shemshuk V. A. Kuidas saame paradiisi tagasi pöörduda. - M.: Omega Plus, 2009. - 336 lk.

9. Alehhina N. D. Vee liikumine kogu tehases (Elektrooniline ressurss). -http://gendocs.ru

10. Burova L.A. Maailma kõrgeim puu (elektrooniline ressurss). - http://www.doklad-na-temu.ru

11. Gorkin A.P. Kaasaegne illustreeritud entsüklopeedia (elektrooniline ressurss). - https://www.litmir.me

12. Galston A. Vee tõus kõrgete taimede tüvedes (elektrooniline ressurss). - http://www.booksshare.net

13. Mihhailova N.V. Kus eukalüpt kasvab? (Elektrooniline ressurss). -http://fb.ru

Rakendused

Lisa A

Lisa B

Tabel 10.1 – torude arv ja nende siseläbimõõt

Lisa D

Tabel 10.2 – Allikavee tõusu kõrgus torudes

Õle number	Sisemine läbimõõt, mm	Veetõusu kõrgus, mm

Lisa D

Lisa E

Tabel 10.3 – Loomuliku kasemahla kõrguse tõstmine torudes

Õle number	Sisemine läbimõõt, mm	Mahla tõstekõrgus, mm
	8 Ibid. P.244 9 Salnikov V.S. Vedeliku ja gaasi mehaanika. - Jaroslavl: kirjastus Fakel, 2002. Lk 78 10 Galdin N.S. Hüdraulika ja hüdroajami alused: Õpik. - Omsk: SibADI kirjastus, 2006. Lk 17 11 Gorkin A.P. Kaasaegne illustreeritud entsüklopeedia.//https://www.litmir.me/ 12 Shemshuk V. A. Kuidas saame paradiisi tagasi - M.: Omega Plus, 2009. Lk 22 13 Mihhailova N.V. Kus eukalüpt kasvab?// http://www.fb .ru/ 14 Galston A. Vee tõus kõrgete taimede tüvedes.//http://www.booksshare.net/ 15 Maharramov M.A. Looduslike ja kontsentreeritud puu- ja köögiviljamahlade termofüüsikalised omadused. - Bakuu.: Elm, 2006.P.243

Vesi siseneb taime juurekarvade kaudu pinnasest ja jaotub anumate kaudu kogu selle maapealses osas. Taimerakkude vakuoolides lahustuvad erinevad ained. Nende ainete osakesed suruvad protoplasmale, mis laseb vett hästi läbi, kuid takistab vees lahustunud osakeste läbilaskmist. Lahustunud ainete rõhku protoplasmile nimetatakse osmootseks rõhuks. Lahustunud ainete poolt imenduv vesi venitab elastse rakumembraani teatud piirini. Niipea, kui lahuses on lahustunud aineid vähem, väheneb veesisaldus, kest tõmbub kokku ja omandab minimaalse suuruse. Osmootne rõhk hoiab taimekude pidevalt pinges ja ainult suure veekao korral närbumise ajal lakkab see pinge - turgor - taimes.

Kui venitatud membraan tasakaalustab osmootset rõhku, ei saa vesi rakku siseneda. Kuid niipea, kui rakk kaotab osa veest, tõmbub membraan kokku, raku mahl muutub kontsentreeritumaks ja vesi hakkab rakku voolama, kuni membraan venib uuesti välja ja tasakaalustab osmootset rõhku. Mida rohkem vett on taim kaotanud, seda jõulisemalt vesi rakkudesse siseneb. Osmootne rõhk taimerakkudes on üsna kõrge ja seda mõõdetakse nagu rõhku aurukateldes, atmosfäärides. Jõudu, millega taim vett neelab – imemisjõud – väljendatakse ka atmosfäärides. Taimede imemisjõud ulatub sageli 15 atmosfääri ja kõrgemale.

Taim aurustab pidevalt vett läbi lehtedes paiknevate stoomide. Stomatid võivad avaneda ja sulguda, moodustades kas laia või kitsa pilu. Valguses stoomid avanevad, kuid pimedas ja liiga suure veekadu korral sulguvad. Sõltuvalt sellest toimub vee aurustumine kas intensiivselt või peatub peaaegu täielikult.
Kui lõikate taime juurest ära, hakkab kanepist mahla immitsema. See näitab, et juur ise pumpab vett varre sisse. Järelikult ei sõltu taime veevarustus mitte ainult vee aurustumisest lehtede kaudu, vaid ka juurerõhust. See destilleerib elusatest juurerakkudest vett surnud anumate õõnsatesse torudesse. Kuna nende anumate rakkudes ei ole elavat protoplasma, liigub vesi nende kaudu vabalt lehtedele, kus aurustub läbi stoomide.

Aurustumine on taime jaoks väga oluline. Liikuva veega kanduvad juurtest omastatud mineraalid üle kogu taime.
Aurustumine vähendab taime kehatemperatuuri ja kaitseb seeläbi ülekuumenemise eest. Taim imab mullast endasse ainult 2-3 osa veest, ülejäänud 997 - 998 osa aurustub atmosfääri. Ühe grammi kuivaine moodustamiseks aurustub taim meie kliimas 300 g veest kilogrammile.

Juurerakkudesse sisenev vesi liigub transpiratsiooni ja juurerõhu tõttu tekkivate veepotentsiaalide erinevuse mõjul ksüleemi juhtivatesse elementidesse. Kaasaegsete kontseptsioonide kohaselt liigub vesi juurestikus mitte ainult elusrakkude kaudu. Tagasi aastal 1932 Saksa füsioloog Munch töötas välja idee, et juurestikus on kaks suhteliselt sõltumatut mahtu, mille kaudu vesi liigub - apoplast ja sümplast.

Apoplast on juure vaba ruum, mis hõlmab rakkudevahelisi ruume, rakumembraane ja ksüleemi veresooni. Symplast on kõigi rakkude protoplastide kogum, mis on piiritletud poolläbilaskva membraaniga. Tänu arvukatele plasmodesmaatidele, mis ühendavad üksikute rakkude protoplaste, esindab sümplast ühtset süsteemi. Apoplast ei ole pidev, vaid jaguneb kaheks mahuks. Apoplasti esimene osa paikneb juurekoores enne endodermaalseid rakke, teine ​​on endodermaalsete rakkude teisel küljel ja sisaldab ksüleemi veresooni. Endodermi rakud tänu vöödele. Caspari kujutab endast justkui takistust vee liikumisele läbi vaba ruumi (rakkudevahelised ruumid ja rakumembraanid). Vee liikumine piki juurekoort toimub peamiselt piki apoplasti, kus see kohtab vähem vastupanu, ja ainult osaliselt piki sümplast.

Ksüleemi veresoontesse sisenemiseks peab vesi aga läbima endodermaalsete rakkude poolläbilaskva membraani. Seega on meil tegemist millegi osmomeetri taolisega, milles endodermaalsetes rakkudes paikneb poolläbilaskev membraan. Vesi tormab läbi selle membraani madalama (negatiivsema) veepotentsiaali poole. Järgmisena siseneb vesi ksüleemi anumatesse. Nagu juba mainitud, on ksüleemi anumatesse vee eritumist põhjustavate põhjuste küsimuses erinevaid arvamusi. Craftsi hüpoteesi kohaselt on see soolade ksüleemi anumatesse sattumise tagajärg, mille tulemusena tekib seal suurenenud kontsentratsioon ning veepotentsiaal muutub negatiivsemaks. Eeldatakse, et aktiivse (energiakuluga) tulemusel koguneb juurerakkudesse soolatarbimine. Hingamissagedus ksüleemi veresooni ümbritsevates rakkudes (peritsükkel) on aga väga madal ja neis ei säili sooli, mis seeläbi veresoontesse desorbeeruvad. Edasine vee liikumine toimub juure, varre ja lehe veresoonte süsteemi kaudu. Ksüleemi juhtivad elemendid koosnevad veresoontest ja trahheididest.

Rõngastamise katsed on näidanud, et taimest läbiv veevool ülespoole liigub peamiselt piki ksüleemi. Ksüleemi juhtivates elementides puutub vesi vähe vastu, mis loomulikult hõlbustab vee liikumist pikkadel vahemaadel. Tõsi, teatud kogus vett liigub ka veresoontest väljapoole. Võrreldes ksüleemiga on aga teiste kudede vastupidavus vee liikumisele palju suurem (vähemalt kolme suurusjärgu võrra). Selle tulemusena liigub ainult 1–10% kogu veevoolust väljapoole ksüleemi. Varre anumatest satub vesi lehe anumatesse. Vesi liigub varrest läbi leherootsu või lehekesta ja lehte. Lehteras paiknevad veenides vett juhtivad anumad. Veenid hargnevad järk-järgult ja muutuvad väiksemaks. Mida tihedam on veenide võrgustik, seda vähem puutub vesi kokku lehe mesofüllirakkudesse liikudes. Sellepärast peetakse lehtede tuulumise tihedust üheks olulisemaks kseromorfse struktuuri tunnuseks - põuakindlate taimede eripäraks.

Mõnikord on lehesoontes nii palju väikeseid oksi, et need varustavad veega peaaegu iga rakku. Kogu vesi rakus on tasakaaluolekus. Teisisõnu, vee küllastumise mõttes on vaakumi, tsütoplasma ja rakumembraani vahel tasakaal, nende veepotentsiaal on võrdne. Sellega seoses, niipea kui transpiratsiooniprotsess põhjustab parenhüümirakkude rakuseinte küllastumatust veega, kantakse see kohe rakku, mille veepotentsiaal väheneb. Vesi liigub rakust rakku veepotentsiaali gradiendi tõttu. Ilmselt ei toimu vee liikumine rakust rakku leheparenhüümis mitte piki sümplasti, vaid peamiselt mööda rakuseinu, kus vastupanu on palju väiksem.

Vesi liigub läbi anumate transpiratsiooni tõttu tekkiva veepotentsiaali gradiendi, vaba energia gradiendi tõttu (rohkema vaba energiaga süsteemist vähema energiaga süsteemini). Saate anda ligikaudse vee potentsiaalide jaotuse, mis põhjustab vee liikumist: pinnase veepotentsiaal (0,5 bar), juure (2 bar), varre (5 bar), lehtede (15 bar), õhu suhtelise niiskuse juures. 50% (1000 baari).

Ükski imipump ei suuda aga tõsta vett üle 10 m kõrgusele. Vahepeal on puid, kus vesi tõuseb üle 100m kõrgusele. Sellele annab seletuse vene teadlase E. F. Votchali ja inglise füsioloogi E. Dixoni poolt välja pakutud sidestamise teooria. Parema mõistmise huvides kaaluge järgmist kogemust. Elavhõbeda tassi asetatakse veega täidetud toru, mis lõpeb poorsest portselanist lehtris. Kogu süsteem on õhumullideta. Kui vesi aurustub, tõuseb elavhõbe läbi toru üles. Samal ajal ületab elavhõbeda tõusu kõrgus 760 mm. Seda seletatakse vee ja elavhõbeda molekulide vahelise adhesioonijõudude olemasoluga, mis avalduvad täielikult õhu puudumisel. Sarnane olukord, ainult veelgi rohkem väljendunud, esineb taimede anumates.

Kogu tehases olev vesi kujutab endast ühtset omavahel ühendatud süsteemi. Kuna veemolekulide vahel on adhesioonijõud (ühtekuuluvus), tõuseb vesi oluliselt kõrgemale kui 10 m. Arvutused on näidanud, et veemolekulide vahelise afiinsuse tõttu ulatuvad adhesioonijõud väärtuseni 30 baari. See on selline jõud, mis võimaldab tõsta vee 120 m kõrgusele ilma veeniideid katkestamata, mis on ligikaudu puude maksimaalne kõrgus. 120m, ilma veeniidet katkestamata, mis on ligikaudu puude maksimaalne kõrgus. Ühtekuuluvusjõud eksisteerivad ka vee ja anumate seinte vahel (adhesioon). Juhtivate ksüleemelementide seinad on elastsed. Nende kahe asjaolu tõttu ei katke ka veepuuduse korral ühendus veemolekulide ja veresoonte seinte vahel. Seda kinnitavad uurimused rohtsete taimede varre jämeduse muutuste kohta. Määramised on näidanud, et keskpäeval taimevarte jämedus väheneb. Varre lõikamisel laienevad anumad koheselt ja õhk tormab neisse. Selle kogemuse põhjal on selge, et tugeva aurustumise korral anumad ahenevad ja see toob kaasa alarõhu ilmnemise. Seeläbi

Ψ sisse.anum = Ψ osm.+ Ψ rõhk.

Veeniitude pingeaste anumates sõltub vee neeldumis- ja aurustumisprotsesside suhtest. Kõik see võimaldab taimeorganismil säilitada ühtset veesüsteemi ja mitte tingimata täiendada iga tilka aurustunud vett. Seega normaalse veevarustuse korral tekib pinnases, taimes ja atmosfääris vee järjepidevus. Juhul, kui õhk satub anumate üksikutesse segmentidesse, on need ilmselt üldisest veejuhtivuse voolust välja lülitatud. See on vee tee läbi taime ja selle peamised liikumapanevad jõud. Kaasaegsed uurimismeetodid võimaldavad määrata vee liikumiskiirust läbi taime. Vee liikumise kiiruse määrab veepotentsiaali erinevus tee alguses ja lõpus, samuti takistus, millega see kokku puutub. Saadud andmete kohaselt muutub vee liikumise kiirus kogu päeva jooksul. Päevasel ajal on see palju suurem. Samal ajal erinevad eri tüüpi taimed vee liikumise kiiruse poolest. Kui okaspuudel on liikumiskiirus tavaliselt 0,5-1,2 m/h, siis lehtpuudel palju suurem. Tammepuu liikumiskiirus on näiteks 27 - 40 m/h. Vee liikumise kiirus sõltub ainevahetuse intensiivsusest vähe. Temperatuurimuutused ja metaboolsete inhibiitorite kasutuselevõtt ei mõjuta vee liikumist. Samal ajal sõltub see protsess, nagu arvata võib, väga palju transpiratsiooni kiirusest ja vett juhtivate anumate läbimõõdust. Laiemates anumates puutub vesi vähem vastu. Siiski tuleb arvestada, et õhumullid satuvad suurema tõenäosusega laiematesse anumatesse või võib tekkida mõni muu veevoolu häire.