Способ определения центра тяжести дерева

 

Использование: в лесном хозяйстве, в частности в способах оценки центра тяжести дерева. Сущность изобретения: способ предусматривает применение, известного в математике, правила "золотого сечения" в качестве количественного показателя числового значения "золотой пропорции", т.е. делением высоты дерева на 2,618 получают расстояние корневой шейки до центра тяжести дерева. 2 табл.

Изобретение относится к лесному хозяйству, в частности к лесной таксации, и может быть использовано при определении центра тяжести дерева.

Из области механики известен способ определения центра масс (центра тяжести) системы n лежащих в одной плоскости материальных точек с известными их массами и координатами через вычисление статического момента этой системы точек или через вычисление статического момента плоской фигуры по формулам и дальнейший расчет по уравнениям.

Известен также способ определения различных показателей путем отбора и анализа модельных деревьев.

Известные способ сложны, трудоемки и длительны в исполнении, так как требуют большого числа измерений и расчетов.

Целью изобретения является упрощение способа, снижение трудоемкости работ, сокращение затрат труда и времени с одновременным повышением точности определения.

Это достигается измерением высоты дерева с последующим определением центра тяжести дерева не опытным путем, а по предлагаемой формуле Ц.т. = H/2.618, где Н - высота дерева; 2,618 - постоянная величина.

Для оценки предлагаемого способа в сосняках были заложены две пробные площадки, на одной из которых произрастают узкокронные деревья с высоко поднятой кроной, на другой - ширококронные с низкоопущенной кроной. На каждой из них срублено по 7 деревьев разной толщины и высоты. Каждое дерево от основания и до вершины было разделено на 10 равных частей. Масса каждого отрезка путем взвешивания определялась отдельно. Затем, суммируя массу отрезков в определенной последовательности, от основания к вершине или наоборот от вершины к основанию, опытным путем находили точку равновесия. Расстояние, измеренное от основания ствола до найденной точки равновесия (центр масс), и являлось центром тяжести дерева.

Затем центр тяжести дерева определяли по предлагаемой формуле. Данные проведенных экспериментов приведены в табл.1, анализ данных которой показывает, что значения центра тяжести, полученные путем расчета по предлагаемому способу мало чем отличаются от значений, полученных опытным путем. Имеющиеся отклонения невелики, находятся в пределах необходимой точности исследований и обусловлены в основном биологическими свойствами и индивидуальной изменчивостью признаков деревьев. Вычисленные ошибки показывают, что предлагаемый способ несколько занижает данные (-4,6) для деревьев с высокоподнятой кроной и несколько завышает их (+4,7) для деревьев с низкоопущенной кроной. В целом же (табл.2) систематическая ошибка ничтожно мала, случайная не превышает ±10%, а общая ошибка ±3%.

В табл.2 приведены данные о точности определения центра тяжести дерева по предлагаемому способу (ошибки: s - систематическая, σ- случайная, m - общая) а - предлагаемый способ; б - фактический.

Способ осуществляется следующим образом.

У исследуемого дерева измеряют высоту любым из известных способов. Затем центр тяжести находится по предлагаемой формуле Ц. т. = H/2,618 как частное от деления значения высоты этого дерева на постоянную величину.

Рассматривая установленные опытным путем значения ординат центра тяжести деревьев видим, что ордината делит дерево на два неравных, но пропорциональных по длине отрезка. Найденная зависимость подчиняется математическому закону известному как "способ деления отрезка прямой в среднем и крайнем отношениях" и заключающемуся в том, что меньший отрезок относится к большему так же, как больший к их сумме. Числовое значение этой пропорции является величиной постоянной. Использование константы при определении центра тяжести дерева снижает трудоемкость работ и повышает точность оценки за счет исключения операций, так как любые измерения приводят к систематической и случайной ошибкам.

Способ апробирован на примере сосны обыкновенной, но исходя из общих закономерностей распространение его правомерно на все виды древесных пород, отвечающих понятию "дерево", - организм которого - саморегулирующаяся биологическая система.

Предлагаемый способ основан на экспериментально выявленном свойстве пропорциональности биомассы частей дерева относительно его центра тяжести и сводится к измерению высоты дерева, а не к определению его вида и формы. В высоте дерева отражаются воздействие как внешних, так и внутренних факторов, результатом чего является ее тесная связь с биомассой дерева.

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЦЕНТРА ТЯЖЕСТИ ДЕРЕВА, включающий измерение различных показателей, в том числе высоты, отличающийся тем, что, с целью снижения трудоемкости работ и повышения точности измерения, центр тяжести дерева определяют по формуле Ц.Т. = H/2,618, где H - высота дерева; 2,618 - постоянная величина.

РИСУНКИ

Рисунок 1