Zakaj se voda dvigne po steblu? Orjaška drevesa pričajo o stvarjenju Kako se imenuje proces dviganja vode v nebo

Ksilem cvetočih rastlin vsebuje dve vrsti struktur, ki vodijo vodo - traheide in posode. V članku smo že govorili o tem, kako te strukture izgledajo v svetlobnem mikroskopu, pa tudi na mikrofotografijah, pridobljenih s skenirajočim elektronskim mikroskopom. V članku je obravnavana struktura sekundarnega ksilema (lesa). Ksilem in floem tvorita prevodno tkivo višjih ali žilnih rastlin. To tkivo je sestavljeno iz tako imenovanih prevodnih snopov, katerih struktura in porazdelitev v steblih dvokaličnic s primarno strukturo je prikazana na sliki.

Kaj voda se dviga natančno vzdolž ksilema, je mogoče enostavno dokazati s potopitvijo poganjka z odrezanim koncem v razredčeno vodno raztopino barvila, kot je eozin. Obarvana tekočina, ki se širi navzgor po steblu, bo napolnila mrežo žil, ki prodirajo v liste. Če nato naredite tanke rezine in jih pregledate v svetlobnem mikroskopu, se izkaže, da je barvilo v ksilemu.

Bolj učinkovit dokaz dvig vode vzdolž ksilema dajte poskuse z "zvonenjem". Takšni poskusi so bili izvedeni že dolgo pred uporabo radioaktivnih izotopov, ki zelo enostavno omogočajo sledenje poti snovi v živem organizmu. V eni različici poskusa se z orjavenega stebla odstrani ozek obroč lubja skupaj z ličjem, to je floemom. Še dolgo po tem poganjki nad odrezanim obročem še naprej normalno rastejo: zato takšno obročanje ne vpliva na dvig vode vzdolž stebla. Če pa dvignete loputo lubja, izpod njega izrežete segment lesa, to je ksilem, potem bo rastlina hitro ovenela. Tako se voda po tem prevodnem tkivu premika v poganjke iz zemlje.

Vsaka teorija, ki pojasnjuje transport vode vzdolž ksilema, ne more prezreti naslednjih opažanj.

1. Anatomski elementi ksilema- tanke mrtve cevi, katerih premer se giblje od 0,01 mm pri "poletnem" lesu do 0,2 mm pri "pomladnem" lesu.
2. Velike količine vode se premikajo vzdolž ksilema z relativno visoko hitrostjo: pri visokih drevesih je do 8 m / h, pri drugih rastlinah pa približno 1 m / h.
3. Za dvig vode skozi takšne cevi na vrh visokega drevesa potreben je tlak približno 4000 kPa. Najvišja drevesa - sekvoja v Kaliforniji in evkaliptusa v Avstraliji - dosežejo višino več kot 100 m. Voda se lahko dvigne skozi tanke vlažilne cevi zaradi visoke površinske napetosti (ta pojav imenujemo kapilarnost), vendar le zaradi teh sil. tudi skozi najtanjše žile ksilema se voda ne dvigne nad 3 m.

To je zadovoljiva razlaga dejstva podaja teorija oprijema(kohezija) ali teorija napetosti. Po tej teoriji je dvig vode iz korenin posledica njenega izhlapevanja s strani listnih celic. Kot smo že povedali v članku, izhlapevanje zmanjša vodni potencial celic mezofila, ki mejijo na ksilem, voda pa vstopa v te celice iz ksilemskega soka, katerega vodni potencial je višji; pri tem prehaja skozi vlažne celične stene na koncih žil, kot je prikazano na sliki.

Ksilemske posode napolni trden stolpec vode; ko voda zapusti posode, se v tem stolpcu ustvari napetost; prenaša se po steblu do same korenine zaradi kohezije (kohezije) vodnih molekul. Te molekule se ponavadi "prilepijo" druga na drugo, ker so polarne in se med seboj privlačijo z električnimi silami in jih nato držijo skupaj z vodikovimi vezmi. Poleg tega jih privlačijo stene ksilemskih posod, torej se nanje oprimejo (prilepijo). Močna kohezija vodnih molekul pomeni, da je njen stolpec težko zlomiti – ima visoko natezno trdnost. Natezna napetost v celicah ksilema vodi do tvorbe sile, ki je sposobna premakniti celoten vodni stolpec navzgor skozi mehanizem volumetričnega toka. Od spodaj voda vstopi v ksilem iz sosednjih koreninskih celic. V tem primeru je zelo pomembno, da so stene ksilemskih elementov toge in se ne porušijo, ko tlak v notranjosti pade, kot se to zgodi, ko koktajl sesate skozi mehko slamico. Trdnost sten zagotavlja lignin. Dokaz, da je tekočina v žilah ksilema močno obremenjena (raztegnjena), so dnevna nihanja premera drevesnih debel, merjena z instrumentom, imenovanim dendrograf.

Najmanjši premer je označen podnevi, ko je transpiracija najvišja. Postnapetost vode v ksilemski posodi malo potegne znotraj svojih sten (zaradi oprijema), kombinacija teh mikroskopskih stiskanj pa daje skupno "krčenje" cevi, ki jo pritrdi naprava.

Ocene moči za pretrganje kolone ksilemskega soka nihala od 3000 do 30000 kPa, pri čemer so bile nižje vrednosti pridobljene pozneje. V listih je zabeležen vodni potencial okoli -4000 kPa, moč stebra ksilemskega soka pa verjetno zadostuje, da prenese nastalo napetost. Možno je seveda, da vodni stolpec včasih poči, zlasti v posodah velikega premera.

Kritiki navedene teorije poudariti, da mora vsaka motnja v kontinuiteti sokovnega stolpca takoj ustaviti celoten tok, saj bo posoda napolnjena z zrakom in paro (fenomen kavitacije). Kavitacijo lahko povzročijo močni udarci, upogibanje cevi in ​​pomanjkanje vode. Znano je, da se poleti vsebnost vode v deblu drevesa postopoma zmanjšuje, les se napolni z zrakom. To uporabljajo drvarji, ker drevesa lažje plavajo. Vendar pa pretrganje vodnega stolpca v delu posod malo vpliva na celotno hitrost volumetričnega pretoka. Morda je dejstvo, da voda teče v vzporedne posode ali obide zračno zaporo, ki se premika vzdolž sosednjih parenhimskih celic in vzdolž sten. Poleg tega je glede na izračune za vzdrževanje opažene hitrosti pretoka povsem dovolj, da v vsakem trenutku deluje vsaj majhen del ksilemskih elementov. Pri nekaterih drevesih in grmovnicah se voda premika le skozi mlajši zunanji les, imenovan beljavo. V hrastu in jesenu, na primer, prevodno funkcijo opravljajo predvsem posode tekočega leta, preostala beljavina pa ima vlogo vodne rezerve. Nove ksilemske žile nastajajo skozi celotno rastno sezono, vendar predvsem na začetku, ko je pretok vode največji.

Druga moč, zagotavljanje gibanja vode vzdolž ksilema, je koreninski tlak. Zaznamo in izmerimo ga lahko v trenutku, ko se krošnja razreže, steblo s koreninami pa še nekaj časa izloča sok iz posod ksilema. Ta proces zavirajo respiratorni zaviralci, kot je cianid, in se ustavi, ko pride do pomanjkanja kisika in znižanja temperature. Delovanje takšnega mehanizma je očitno posledica aktivnega izločanja soli in drugih vodotopnih snovi v ksilemski sok. Posledično se njegov vodni potencial zmanjša in voda z osmozo vstopi v ksilem iz sosednjih koreninskih celic.

Ta mehanizem ustvarja hidrostatični tlak reda 100-200 kPa (v izjemnih primerih 800 kPa); eno zanj dvig vode vzdolž ksilema običajno ne dovolj, vendar pri mnogih rastlinah nedvomno prispeva k vzdrževanju toka ksilema. Pri počasi transpirirajočih zelnatih oblikah je ta pritisk dovolj, da v njih povzroči mutacijo. Tako se imenuje sproščanje vode na površini rastline1 v obliki kapljic tekočine, ne hlapov. Vsi pogoji, ki zavirajo transpiracijo, kot sta nizka svetloba in visoka vlažnost, prispevajo k gutaciji. Pogost je v številnih vrstah deževnih gozdov in ga pogosto opazimo na konicah listov travnih sadik.

Voda, ki vstopa v koreninske celice, se pod vplivom razlike vodnih potencialov, ki nastane zaradi transpiracije in koreninskega tlaka, premakne v prevodne elemente ksilema. Po sodobnih konceptih se voda v koreninskem sistemu ne premika le skozi žive celice. Davnega leta 1932. nemški fiziolog Münch je razvil idejo o obstoju v koreninskem sistemu dveh relativno neodvisnih volumnov, po katerih se giblje voda - apoplasta in simplasta.

Apoplast je prosti prostor korenine, ki vključuje medcelične prostore, celične membrane in ksilemske žile. Symplast je zbirka protoplastov vseh celic, razmejenih s polprepustno membrano. Zaradi številnih plazmodezmov, ki povezujejo protoplast posameznih celic, je simplast en sam sistem. Apoplast ni neprekinjen, ampak razdeljen na dva volumna. Prvi del apoplasta se nahaja v skorji korenine do celic endoderme, drugi - na drugi strani celic endoderme in vključuje ksilemske žile. Celice endoderme zahvaljujoč pasom. Caspari predstavljajo tako rekoč oviro za gibanje vode skozi prosti prostor (medcelične prostore in celične membrane). Gibanje vode vzdolž koreninskega lubja poteka predvsem po apoplastu, kjer naleti na manjši upor, in le delno po simplastu.

Vendar pa mora voda za vstop v žile ksilema preiti skozi polprepustno membrano celic endoderme. Tako imamo opravka tako rekoč z osmometrom, pri katerem se v celicah endoderme nahaja polprepustna membrana. Voda teče skozi to membrano proti manjšemu (bolj negativnemu) vodnemu potencialu. Nadalje voda vstopi v ksilemske žile. Kot smo že omenili, obstajajo različne sodbe o vprašanju vzrokov za izločanje vode v žile ksilema. Po Craftsovi hipotezi je to posledica sproščanja soli v žile ksilema, zaradi česar se tam ustvari njihova povečana koncentracija, vodni potencial pa postane bolj negativen. Domneva se, da se zaradi aktivnega (s porabo energije) vnosa soli kopičijo v koreninskih celicah. Vendar je hitrost dihanja v celicah, ki obkrožajo žile ksilema (pericikla), zelo nizka in ne zadržujejo soli, ki se zaradi tega desorbirajo v žile. Nadaljnje gibanje vode poteka po žilnem sistemu korenine, stebla in lista. Prevodne elemente ksilema sestavljajo posode in traheide.

Poskusi z obročkanjem so pokazali, da se naraščajoči tok vode skozi rastlino giblje predvsem vzdolž ksilema. V prevodnih elementih ksilema voda naleti na majhen upor, kar seveda olajša gibanje vode na dolge razdalje. Res je, določena količina vode se premika tudi izven žilnega sistema. Vendar pa je v primerjavi s ksilemom odpornost na gibanje vode drugih tkiv veliko večja (vsaj za tri rede velikosti). To vodi v dejstvo, da se le 1 do 10 % celotnega vodnega toka premakne izven ksilema. Iz posod stebla voda vstopi v posode lista. Voda teče iz stebla skozi pecelj ali listni ovoj v list. V listni plošči se žile, ki prevajajo vodo, nahajajo v žilah. Žile, ki se postopoma razvejajo, postajajo vse manjše. Čim gostejša je mreža žil, tem manj upora naleti voda, ko se premika v celice mezofila listov. Zato se gostota venca listov šteje za eno najpomembnejših značilnosti kseromorfne strukture - posebnost rastlin, odpornih na sušo.

Včasih je tako veliko majhnih vej listnih žil, da oskrbujejo z vodo skoraj vsako celico. Vsa voda v celici je v ravnotežju. Z drugimi besedami, glede nasičenosti z vodo obstaja ravnovesje med vakuolo, citoplazmo in celično membrano, njihovi vodni potenciali so enaki. V zvezi s tem, takoj ko zaradi procesa transpiracije pride do nenasičenosti celičnih sten parenhimskih celic z vodo, se ta takoj prenese v celico, katere vodni potencial se zmanjša. Voda se premika iz celice v celico zaradi gradienta vodnega potenciala. Očitno gibanje vode iz celice v celico v listnem parenhimu ne poteka vzdolž simplasta, ampak predvsem vzdolž celičnih sten, kjer je upor veliko manjši.

Voda se giblje skozi posode zaradi gradienta vodnega potenciala, ki nastane s transpiracijo, gradienta proste energije (od sistema z večjo energijsko svobodo do sistema z manj energije). Lahko podate približno porazdelitev vodnih potencialov, ki povzročajo gibanje vode: vodni potencial tal (-0,5 bara), korenine (-2 bara), stebla (-5 bara), listov (-15 bar), zraka pri relativni vlažnosti 50 % (-1000 barov).

Vendar nobena sesalna črpalka ne more dvigniti vode na višino več kot 10 m. Medtem pa so drevesa, katerih voda se dvigne do višine več kot 100 m. To pojasnjuje teorija kohezije, ki sta jo predstavila ruski znanstvenik E.F. Votchal in angleški fiziolog E. Dixon. Za boljše razumevanje si oglejte naslednji poskus. Cev, napolnjena z vodo, postavimo v skodelico živega srebra, ki se konča v poroznem porcelanastem lijaku. Celoten sistem je brez zračnih mehurčkov. Ko voda izhlapi, se živo srebro dvigne navzgor po cevi. V tem primeru višina dviga živega srebra presega 760 mm. To je posledica prisotnosti adhezijskih sil med molekulami vode in živega srebra, ki se v celoti pokažejo v odsotnosti zraka. Podoben položaj, le še bolj izrazit, najdemo v posodah rastlin.

Vsa voda v obratu je en sam medsebojno povezan sistem. Ker med molekulami vode obstajajo adhezijske sile (kohezija), se voda dvigne na višino, veliko večjo od 10 m. Izračuni so pokazali, da zaradi prisotnosti afinitete med molekulami vode adhezijske sile dosežejo vrednost - 30 barov. To je taka sila, ki vam omogoča dvig vode na višino 120 m, ne da bi prekinili vodne črte, kar je približno največja višina dreves. 120m, brez prekinitve vodnih vodov, kar je približno največja višina dreves. Med vodo in stenami posode obstajajo tudi oprijemne sile (adhezija). Stene prevodnih elementov ksilema so elastične. Zaradi teh dveh okoliščin se tudi ob pomanjkanju vode vez med molekulami vode in stenami krvnih žil ne prekine. To potrjujejo študije o spremembi debeline stebla zelnatih rastlin. Ugotovitve so pokazale, da se debelina rastlinskega stebla opoldne zmanjša. Če odrežete steblo, se posode takoj razširijo in zrak hiti vanje. Iz te izkušnje je razvidno, da se pri močnem izhlapevanju žile zožijo in to vodi do pojava podtlaka. S tem

W v posodi = - W osm + (- W tlak).

Stopnja napetosti vodnih filamentov v posodah je odvisna od razmerja med procesi absorpcije in izhlapevanja vode. Vse to omogoča rastlinskemu organizmu, da vzdržuje en sam vodni sistem in mu ni treba dopolnjevati vsake kapljice izhlapene vode. Tako se ob normalni oskrbi z vodo ustvari neprekinjenost vode v tleh, rastlinah in atmosferi. V primeru, da zrak vstopi v posamezne segmente posod, se očitno izklopijo iz celotnega pretoka vode. To je pot vode skozi rastlino in njene glavne gonilne sile. Sodobne raziskovalne metode omogočajo določitev hitrosti gibanja vode skozi rastlino. Hitrost gibanja vode je določena z razliko v vodnem potencialu na začetku in na koncu poti, pa tudi z uporom, ki ga sreča. Glede na pridobljene podatke se hitrost gibanja vode čez dan spreminja. Podnevi je precej višja. Hkrati se različne vrste rastlin razlikujejo po hitrosti gibanja vode. Če je hitrost gibanja pri iglavcih običajno 0,5-1,2 m / h, je pri listavcih veliko višja. Na primer, hrast ima hitrost gibanja 27 - 40 m / h. Hitrost gibanja vode je malo odvisna od intenzivnosti presnove. Temperaturne spremembe, uvedba zaviralcev presnove ne vpliva na gibanje vode. Hkrati je ta proces, kot bi pričakovali, zelo močno odvisen od hitrosti transpiracije in od premera posod, ki prevajajo vodo. V širših posodah voda naleti na manjši upor. Vendar se je treba zavedati, da lahko zračni mehurčki zaidejo v širše posode ali pa pride do kakšnih drugih motenj v pretoku vode.

Besedilo dela je postavljeno brez slik in formul.
Celotna različica dela je na voljo v zavihku "Delovne datoteke" v formatu PDF

Uvod

Kako pogosto ljudje živijo svoje običajno življenje in ne opazijo neverjetnih stvari. Lepota naših gozdov je edinstvena.Drevesa so izjemna ne le po svoji lepoti, ampak tudi po svoji raznolikosti. Zakaj drevesa določene višine iste vrste rastejo na našem planetu v zemljepisni širini? Kaj določa višino dreves? Kako si orjaška drevesa zagotovijo dvig vode? Ta vprašanja so me zelo zanimala. Zakon o zemljepisni širini upošteva pasove atmosferskega tlaka kot enega od dejavnikov, ki vplivajo na žive organizme. Vodovodni sistem dreves lahko primerjamo s gibanjem vode po ceveh, gibanje tekočine v posodah iz lesa pa je višina dviga v kapilarnih ceveh. Težava: zakaj drevesa istih vrst različnih višin rastejo na različnih podnebnih širinah in od česa je sistem oskrbe z vodo odvisen od premajhnih dreves in orjaških dreves. Hipoteza:če je premer lesene posode odvisen od višine drevesa, potem je njena višina odvisna od atmosferskega tlaka kot enega od dejavnikov vpliva na različnih zemljepisnih širinah. Cilj:študija odvisnosti višine drevesa od premera lesene posode pri določenem atmosferskem tlaku na različnih širinah njegove rasti.

Cilji projekta: 1. Preučite vire informacij o izbrani temi. 2. Poglobiti poznavanje teorije zakonitosti hidravlike, kapilarnih pojavov. 3. Izvedite in opišite poskus, ki potrdi ali ovrže postavljeno hipotezo. 4. Obdelajte in analizirajte rezultate opravljenega dela. 5. Rezultate predstavite v obliki črtnega grafikona. 6. Naredite sklep, ki ustreza cilju.

Predmet študija: zakoni in pojavi fizike pri preučevanju teorije hidravlike, kapilarnih pojavov. Predmet študija: prevodni sistem lesa. Relevantnost teme:študij je posledica napredovanja znanja o zakonih hidravlike in teorije kapilarnih pojavov, pri oblikovanju raziskovalnega problema s pritegnitvijo pozornosti družbe na problematiko okolja pojavov, ki smo jih vajeni v življenju. in izdelava diagrama odvisnosti premera lesene posode od višine.

1. Kaj je hidravlika

Hidravlika je znanost s tisočletno zgodovino razvoja. Beseda "hidravlika" izvira iz kombinacije dveh grških besed - hydor(voda) in aulos(cev) - in pomeni gibanje vode po ceveh. Danes je izraz "hidravlika" dobil širši pomen. V sodobnem smislu je hidravlika tehnična veda, v kateri se preučujejo zakonitosti ravnotežja in gibanja tekočin ter metode uporabe teh zakonov v inženirski praksi. Del hidravlike, ki upošteva zakone ravnotežja tekočin, se imenuje hidrostatika, del, ki upošteva zakone gibanja tekočin, pa hidrodinamika. Dve smeri študija hidravlike - v dinamičnem in statičnem kontekstu. Hidrodinamika se nanaša na kinematiko vode kot take, hidrostatika pa je bolj osredotočena na zakonitosti interakcije tekočin z drugimi mediji in telesi. Higroskopsko gibanje je posledica nihanj atmosferske vlažnosti. V tehnologiji različnih vrst hidravličnih instalacij se zahtevani tlak skoraj vedno ustvari s kompresorji ali črpalkami. V rastlinskem organizmu reševanje nalog, povezanih z izvajanjem različnih vrst gibov, vključno s kontrolnimi, ne zahteva tako velikih naporov. Kljub temu se rešujejo z uporabo zakonov hidravlike, vendar pri veliko nižjih tlakih 1.

Vodno okolje je glavni vidik študije v tej smeri. Voda je najbolj razširjena snov v biosferi, ki igra izjemno pomembno vlogo v življenju žive narave in zlasti rastlin. Voda je del celic in tkiv katere koli živali in rastline. Izguba velike količine vode s strani živega organizma lahko povzroči njegovo smrt. Rastline spodbujajo hitrejšo izmenjavo vode med zemljo in zrakom. Težko je preceniti ugoden učinek, ki ga ima rastlinstvo na podnebje, ki ga uravnava.

2. Flora in zakoni hidravlike

Avtonomna gibanja rastlinskega organizma se nadzorujejo hidravlično. V inženirstvu oblikovalci ustvarjajo visok tlak zaradi stiskanja: nekateri gibljivi del, kot je bat, pritiska na tekočino. Za obrat bi uporaba takšne tehnologije zahtevala velike izdatke energije in izdelavo posebnih in poleg tega zapletenih naprav. Zato s konstruktivnega vidika uporabljajo veliko enostavnejšo, z vidika porabe energije pa učinkovitejšo metodo - osmozo. Osmoza je difuzija snovi skozi pregrado (membrano), ki ločuje čisto topilo in raztopino ali dve raztopini različnih koncentracij. Pregrada je prepustna samo za topilo. Ta metoda ustvarjanja hidravličnega tlaka je povezana z naravno sposobnostjo soli, da privlači vodo, se raztopi v njej in zmanjša nasičenost raztopine. S pomočjo osmoze rastline ustvarjajo precej visoke pritiske. Znotrajcelični tlak daje togost tistim rastlinam, katerih tkiva ne postanejo lignificirana. Ko osmotski tlak pade, na primer z odrezanimi cvetovi in ​​postavljenimi v vazo, rastlina oveni. Številne naprave so za te namene pridobile prave spoje, ki delujejo po istem principu, po katerem delujejo hidravlični spoji v tehnologiji. Kako rastlina doseže nenaden padec tlaka? Razlog je v tem, da lahko spremeni velikost por v polprepustni membrani celic. Ko se velikost por poveča, raztopina pod tlakom v celici uide in tlak se zmanjša. V nekaj minutah se celična membrana vrne v prejšnje stanje in postopek se lahko ponovi 2.

2.1. Motorji za pretok vode

Gibanje vode skozi napravo določata dva glavna motorja vodnega toka: spodnji motor vodnega toka ali koreninskega tlaka, zgornji motor vodnega toka ali sesalno delovanje atmosfere. Mehanizem, ki zagotavlja dvig vode vzdolž rastline zaradi koreninskega tlaka, je spodnji motor vodnega toka. Voda se napolni vse od zemlje - skozi korenino in steblo - do celic v listu. Celoten vodni tok je usmerjen v nižji vodni potencial. Korenski tlak črpa vodo v žile osrednjega valja korenine in sesalne sile to vodo privlačijo. Proces dviganja vode od korenin do listov se imenuje navzgor. Korenski tlak se imenuje spodnji terminal vodnega toka motorja. Sesalne sile listov, ki privlačijo vodo, se imenujejo zgornji motor vodnega toka. Naša navadna drevesa so precej velika in imajo precejšnjo dolžino akvaduktnega sistema korenin. Vodni tok doživlja in premaguje silo težnosti, silo težnosti. Med molekulami gibljive vode obstajajo kohezijske sile. Vodoprevodni elementi predstavljajo eno celoto z vodnim tokom, saj so njihove stene popolnoma navlažene, nasičene z vodo. Vse to močno razlikuje pogoje, ustvarjene v lesu, od pogojev v batnih črpalkah, kjer se med stenami cilindra in bata nenehno pojavljajo zračni mehurčki, ki kršijo celovitost vodnega stolpca. Ta steber se zlomi, ko se dvigne na višino več kot 10 metrov. Za dvig vode na višino 100 metrov je potrebna prisotnost sesalnih sil v krošnji drevesa do 35 atmosfer: za premagovanje sile gravitacije - 10 atmosfer, odpornost filtracije skozi prečne stene posod - do 25 atmosfer. Zato se zdi s čisto fizičnega vidika mogoče razložiti dvig vode na višino 100 metrov ali več.

3. Kapilarni pojavi

Kapilarnost je pojav dviga ali padanja tekočine v kapilarah, ki je sestavljen iz sposobnosti te tekočine, da spremeni nivo v ceveh majhnega premera, ozkih kanalih poljubne oblike in poroznih telesih. Podobne pojave lahko opazimo tudi v zelo ozkih cevkah, imenovanih kapilare (iz lat. capillus- lasje) 4. Sile, na katerih temelji kapilarnost, so d she-ration of top-nost-no-na-ty-ze-niya in ef-fek-t sma-chi-va-nia.

3.1. Površinska napetost

Izraz "površinska napetost" pomeni, da je snov na površini v "napetem", torej v obremenjenem stanju, kar je razloženo z delovanjem sile, imenovane notranji tlak. Molekule potegne v tekočino v smeri, pravokotni na njeno površino. Molekule v notranjih plasteh snovi v povprečju doživljajo enako privlačnost v vseh smereh s strani okoliških molekul. Molekule površinske plasti so izpostavljene neenakomernemu privlačenju s strani notranjih plasti snovi in ​​s strani, ki meji na površinsko plast medija. Na vmesniku tekočina-zrak se molekule tekočine v površinski plasti bolj privlačijo s strani sosednjih molekul notranjih plasti tekočine kot s strani molekul zraka. Notranji tlak povzroči, da se molekule, ki se nahajajo na površini tekočine, vlečejo navznoter in s tem teži k zmanjšanju površine na minimum pod danimi pogoji. Sila, ki deluje na enoto dolžine vmesnika in povzroči krčenje površine tekočine, se imenuje sila površinske napetosti ali preprosto površinska napetost 5.

Koeficient površinske napetosti je glavna količina, ki označuje lastnosti površine tekočine in se imenuje koeficient površinske napetosti. Sila površinske napetosti je sila zaradi medsebojnega privlačenja molekul tekočine, usmerjene tangencialno na njeno površino. Delovanje sil površinske napetosti vodi do dejstva, da ima tekočina v ravnotežju najmanjšo možno površino. Ko tekočina pride v stik z drugimi telesi, ima tekočina površino, ki ustreza minimumu njene površinske energije.

3.2. Vlažilni učinek

Črta, ki omejuje površino kapljice na trdno snov, je meja površin treh teles: tekočega, trdnega in plinastega. Zato bodo v procesu vzpostavljanja ravnotežja kapljice tekočine na meji teh teles delovale tri sile: sila površinske napetosti tekočine na meji s plinom, sila površinske napetosti tekočine pri meja s trdno snovjo in sila površinske napetosti trdnega telesa na meji s plinom. Ali se bo tekočina razširila po površini trdne snovi in ​​izrinila plin iz nje, ali pa se bo, nasprotno, zbrala v kapljici, je odvisno od razmerja med velikostmi teh sil. Opozoriti je treba, da se kot glavna značilnost omočenja v kapilarah uporablja stopnja spremembe premera madeža, ki nastane s kapljico tekočine, ki se nanese na čisto površino materiala. Njegova vrednost je odvisna tako od površinskih pojavov kot od viskoznosti tekočine, njene gostote, hlapnosti. Bolj viskozna tekočina z drugimi enakimi lastnostmi se dlje širi po površini in počasneje teče skozi kapilarni kanal 6.

3.3. Višina dviga tekočine v kapilarnih ceveh

Kapilarne pojave povzročata dve nasprotno usmerjeni sili: sila gravitacije, zaradi katere se tekočina spušča, in sila površinske napetosti, ki vodi vodo navzgor. Dvig/padec tekočine vzdolž ca-pill-la-ru ostaja-ampak-whit-Xia, ko je sila top-nost-no-go na-cha-ze-nia-no-ve -sit-sy sila gravitacije, ki deluje na steber pod-nya-to tekočino. Ti-tako-to, na katerem sma-chi-va-yu-yu-chi-chi-va-yu-chi-chi-va-yu-chi-chi-chi-va-yu-yu-chi-chi -chi-va-yu-yu-yu-yu-yu-si-ka-stebrička-ka, premagovanje sile teže, se izračuna po formuli (3.3.1):

(3.3.1)

kje ------ - co-ef-fi-chi-ent on-top-no-go na-ty-ze-niya,N/m; - gostota tekočine, kg / m 3 ; - pospešek gravitacije,9,8 m/s 2 ; h - višina stebra dvignjene tekočine,m; r - radij kapilar, m; d - premer kapilar, m 7.

Če je kapilara nagnjena k površini tekočine, potem višina dviga tekočine ni odvisna od vrednosti nagibnega kota. Ne glede na to, kako se kapilare nahajajo v strukturi, bo višina dviga tekočine odvisna od ------,, r ( d ) ... Iz formule za višino dviga tekočine v kapilarah izrazimo formulo za iskanje premera kapilare (3.3.2)

kjer ------- ko-ef-fi-chi-ent top-no-go na-ty-zh-niya, N/m; - gostota tekočine, kg / m 3 ; - gravitacijski pospešek, 9,8 m/s 2 ; h - višino stebra dvignjene tekočine, m; d - premer kapilar, m 8.

4. Hidrostatični tlak

Na vsak delček tekočine v zemeljskem gravitacijskem polju vpliva sila gravitacije. Pod delovanjem te sile vsaka plast tekočine pritisne na plasti, ki se nahajajo pod njo. V tekočinah je zaradi svoje teže tlak. Tekočina lahko zlahka spremeni svojo obliko. Deli tekočine se lahko prosto gibljejo in drsijo drug glede na drugega. Tekočine so praktično nestisljive. Voda v lesu je lahko statična (stabilna) ali dinamična (nestabilna). Če je voda v termodinamičnem ravnovesju z lesom in okoljem, se ne spreminja v času ali prostoru. To stanje vode imenujemo stabilno in označuje končni rezultat interakcije lesa in vode. Dynamics vzpostavlja najsplošnejše vzorce interakcije med lesom in vodo. Tlak zaradi teže tekočine se imenuje hidrostatični tlak. Po Pascalovem zakonu tlak, ki deluje na tekočino, prenaša tekočina v vse smeri na enak način. To je posledica mobilnosti molekul v tekočem stanju 9.

Tlak stolpca tekočine se določi s formulo (5.1):

R = ρgh , pa

kje ρ - gostota tekočine, kg / m 3 ; g - gravitacijski pospešek, 9,8 m/s 2 ;
h - višina stolpca tekočine ali globina, na kateri se meri tlak, m 10.Hidrostatični tlak je enak teži stebra tekočine z enotno osnovo in višino, ki je enaka globini potopitve točke pod prosto površino tekočine. Tlak na dnu posode je določen samo z višino stolpca tekočine. Ne glede na obliko posode in njeno velikost.

5. Atmosferski tlačni pasovi

Zrak, ki obdaja Zemljo, ima maso in pritiska na vse predmete na zemeljskem površju. Imenuje se sila, s katero zrak pritiska na zemeljsko površino zračni tlak. Za normalni atmosferski tlak se običajno vzame zračni tlak 760 milimetrov živega srebra na morski gladini na zemljepisni širini 45 ° in pri temperaturi 0 ° C. Zračni tlak na našem planetu se lahko zelo razlikuje. Porazdelitev atmosferskega tlaka po zemeljski površini ima izrazit conski značaj.

Na planetu je nastalo več pasov atmosferskega tlaka:

nizek tlak na ekvatorju;

visok tlak v tropih;

nizek pritisk nad zmernimi širinami;

visok tlak nad poli.

To je posledica nenehno visokih temperatur zraka na ekvatorju. Ogret zrak se dviga in odhaja proti tropom. Na polih je površina zemlje vedno hladna, atmosferski tlak pa se poveča. Povzroča jo zrak, ki prihaja iz zmernih zemljepisnih širin. V zmernih zemljepisnih širinah se zaradi odtoka zraka oblikuje območje nizkega tlaka 11.

Tako na Zemlji obstajata dva pasova atmosferskega tlaka - nizek in visok. Nižje na ekvatorju in na dveh zmernih zemljepisnih širinah. Vzgojena na dveh tropskih in dveh polarnih. Lahko se nekoliko premaknejo, odvisno od sezone. V bližini ekvatorja in na južni polobli na zmernih zemljepisnih širinah so vse leto območja nizkega tlaka.

5.1. Vpliv atmosferskega tlaka na rastline

Obstajajo laboratorijske vakuumske enote različnih velikosti in zmogljivosti. Z uporabo takšne instalacije, ki temelji na uporabi zelo nizkega atmosferskega tlaka, je mogoče uresničiti umetnost bonsaja - gojenje natančne kopije pravega drevesa v malem - neposredno sorazmerno odvisnost višine rasti rastlin od atmosferskega pritisk. S povečanjem / zmanjšanjem atmosferskega tlaka se absolutna rast sorazmerno poveča / zmanjša. To lahko služi kot eksperimentalni dokaz, zakaj so drevesa po kata strofi pred milijoni let na Zemlji bodisi popolnoma izumrla ali se zmanjšala za 12. Danes so ostanki odmrle biosfere velikanska drevesa, ki dosežejo višino tudi do 150 metrov, ki so bila do nedavnega razširjena po vsem planetu. Gost zrak je bolj toplotno prevoden, zato se je subtropsko podnebje razširilo od ekvatorja do polov, kjer ni bilo ledene školjke. Zaradi visokega atmosferskega tlaka je bila toplotna prevodnost zraka visoka. Ta okoliščina je privedla do dejstva, da je bila temperatura na planetu enakomerno porazdeljena, podnebje na celotnem planetu pa je bilo subtropsko. Zaradi visoke toplotne prevodnosti zraka pri visokem atmosferskem tlaku so na polih rasle tudi tropske in subtropske rastline.

V zadnjem času smo opazili postopno zmanjševanje pritiska na planetu. V zadnjih tisoč letih je tlak, če predpostavimo, da je padel za 1-2 mm Hg na leto, padel s treh na eno atmosfero. Zemljišče zavzema le 1/3 površine planeta, izkazalo se je, da je bila Zemlja prekrita s plastjo trdne zelene mase. Večstopenjski gozdovi so omogočili, da so na Zemlji postavili več tisočkrat večjo maso sodobne biosfere.

6. Velikanska drevesa

Nekoč so reliktni gozdovi z orjaškimi rastlinami pokrivali večino svetovnega kopnega. Fosilni vzorci kažejo, da so orjaška drevesa obstajala že v jurski dobi. V naravi se je zgodilo, da deset najvišjih dreves raste v Združenih državah Amerike in spadajo v vrsto Sequoia. Kot edinstvena drevesa ima vsako od njih svoje ime. Toda na drugih celinah in državah rastejo nič manj neverjetne in na svoj način edinstvene drevesne vrste.

Sequoia je najvišje drevo na svetu, ki vse življenje raste v višino in širino. Znanstveniki so ugotovili, da je sekvoja na Zemlji rasla pred več kot 100 milijoni let. O tem pričajo najdeni fosili z ostanki skorje. Znanstveniki trdijo, da so pred več milijoni let sekvoje rasle po vsej severni polobli Zemlje. Danes ti velikani v svoji naravni obliki rastejo v ozkem pasu ob obalah Tihega oceana v Severni Ameriki, Kaliforniji, nikoli daleč od obale. To drevo umetno gojijo v Kanadi, Mehiki, Veliki Britaniji, na Portugalskem, v Italiji, Južni Afriki, Novi Zelandiji, na Krimu in na Kavkazu. Toda povsod, kjer je to drevo zasajeno umetno, ne doseže tako ogromnih velikosti kot v svoji naravni domovini v Severni Ameriki. Evkaliptus - zimzeleni velikani, rastejo v Avstraliji, Novi Zelandiji, Tasmaniji. Ogromna drevesa evkaliptusa lahko živijo le v vlažnem podnebju subtropov. Evkaliptus je drevo, ki ne daje sence, saj se listne plošče obrnejo rob sonca. Zahvaljujoč tej sposobnosti lahko evkaliptus dolgo časa zadrži absorbirano vlago, to je prava vodna črpalka. Eno takšno drevo je sposobno absorbirati več kot 300 litrov vlage čez dan. In ta popije več kot 100 ton vode na leto. Zaradi teh lastnosti se to drevo pogosto uporablja pri melioracijah 13.

6.1. Dvig vode v deblih visokih dreves

Mehanizem za dvig vode na vrhove visokih dreves je dolgo časa ostal skrivnost. Voda iz korenin drevesa se dviga vzdolž ksilema - žilnega tkiva, kapilarne sile pa ga premikajo navzgor, proti gravitaciji. Višje kot je drevo (in s tem višina vodnega stolpca), večja gravitacija otežuje plezanje. Tlak vodnega stolpca v ksilemu enakomerno pada z višino. Vodni stolpec poči s pojavom zračnih mehurčkov. Na višinah nad 110 metrov, t.j. na vrhovih orjaških dreves je tlak v ksilemu zelo blizu najnižjega možnega. Vendar se med sušami ni mogoče izogniti padcu tlaka pod dovoljeno raven - zgornji del krošnje verjetno odmre, nato pa ga nadomesti nov. Skoraj vse visoke sekvoje imajo več vrhov. Tako kot tlak v ksilemu se tudi notranji hidrostatični tlak v živih celicah, ki je potreben za njihovo rast in odpiranje listov, linearno zmanjšuje z višino 14.

Meja višine drevesa je določena z razpoložljivostjo vode. Višina, ki jo lahko dosežejo sekvoje, je nestabilna, sčasoma se spreminja glede na podnebne in atmosferske spremembe - navsezadnje vsota dejavnikov vpliva na oskrbo z vodo in ravnovesje ogljika drevesa: raven koncentracije ogljikovega dioksida v ozračju, spremembe v temperatura in vlažnost zunanjega okolja.

7. Eksperimentirajte

Namen eksperimenta: dokazati, da je višina dviga tekočine v kapilarah odvisna od premera teh kapilar.

Oprema in materiali: posoda za tekočine, termometer, merilno merilo, marker, komplet cevi različnih premerov, izvirska voda, naravni brezov sok (Dodatek A).

Potek dela: 1. Pripravljeni vzorci cevi različnih premerov za raziskave. S kaliperjem sem določil njihov notranji premer in ustrezno oštevilčil glede na zmanjšanje njihovega premera, podatke smo vnesli v tabelo 10.1 (Priloga B). 2. Na razdalji 1 centimeter od enega konca vzorca označite črto z markerjem. Vzel sem posodo z izvirsko vodo in nato vzorce epruvet spustil v vodo, tako da je nivo vode sovpadal z narisano črto. 3. Z markerjem označite višino dviga tekočine. Takšen poskus sem opravil z vsakim vzorcem (Priloga B). 4. S čeljustjo sem izmeril višino dviga izvirske vode v ceveh. Dobljene podatke analize smo vnesli v tabelo 10.2 (Priloga D). 5. Poskus sem ponovil z naravnim brezovim sokom (Priloga E). 6. S kaliperjem sem izmeril višino brezovega soka v ceveh. Dobljene podatke analize smo vnesli v tabelo 10.3 (Priloga E).

Temperatura izvirske vode v poskusu je 20 0 С; gostota = 1000 kg / m 3 ; koeficient površinske napetosti = 0,073 N⁄m... Temperatura naravnega brezovega soka - 20 0 С; gostota = 1000 kg / m 3 ; koeficient površinske napetosti = 0,062 N⁄m 15... Po formuli za ugotavljanje višine dviga tekočine v kapilarah (3.3.1) bo ta višina odvisna od ------,, d .

Izhod: Iz tabel 10.2 in 10.3 izhaja, da je višina dvignjenih tekočin sorazmerna s premerom cevi, rezultati poskusa z izvirsko vodo to sorazmernost potrjujejo z rezultati poskusa z naravnim brezovim sokom. Naravni brezov sok kot bolj viskozna tekočina teče počasneje skozi kapilarni kanal.

Ena od glavnih metod razvoja splošnih teoretičnih stališč je posploševanje - sredstvo za prehod od poznavanja posameznih pojavov k poznavanju splošnih. Sestoji iz preučevanja takšnih lastnosti in pojavov materialnega sveta, ki v tem pogledu ne označujejo enega samega pojava, temveč cel razred homogenih pojavov.

Teorija podobnosti je doktrina metod znanstvene posploševanja eksperimenta. Odgovarja na vprašanje, kako je treba izkušnjo vzpostaviti in pridobljene podatke obdelati, da jih je mogoče razširiti na tovrstne pojave. Vsak naravni pojav je sistem materialnih teles, ki zaradi nastanka različnih procesov v njem doživi določeno spremembo stanja. Podobni pojavi imenujemo sistemi teles, ki so si med seboj geometrijsko podobni, v katerih se pojavljajo procesi enake fizične narave in v katerih so enake količine, ki označujejo pojave, povezane med seboj kot konstantna števila.

Metoda podobnosti se uporablja pri problemih uporabne narave, pri katerih je potrebna rešitev za upoštevanje velikega števila fizikalnih veličin in omogoča izločevanje brezdimenzijskih parametrov, ki neodvisno vplivajo na preučevani proces. Ta pristop omogoča poenostavitev kvalitativnega raziskovanja in numerične simulacije eksperimenta. Višina stebra dvignjene tekočine je podobna višini drevesa, premer cevi je podoben premeru lesenih posod. Po analizi rezultatov sem na podlagi pridobljenih podatkov o vodovodnem sistemu dreves in metode podobnosti zgradil krivuljo višin: linearni diagram odvisnosti premer lesene posode od višine. (Dodatek G).

Tekočina v kapilarni cevi premaga gravitacijo. V tem trenutku stanje tekočine bo stabilno in označuje končni rezultat interakcije lesa in vode. Tlak je posledica teže tekočine v lesu.

Po formuli za določanje hidrostatične tlak stebra tekočine (5.1) Tlak na dnu posode je določen samo z višino stebra tekočine in ne glede na obliko posode in njene mere. Atmosferski zračni tlak pritiska na zemeljsko površino. Hidrostatični tlak na določeni točki tekočine ustvarjata teža tekočine nad to točko in teža atmosfere nad površino tekočine. Tlak na površini tekočine je pogosto enak atmosferskemu tlaku.

Zaključek iz poskusa: omočilne tekočine izvirska voda in naravni brezov sok sta po sestavi podobna naravnim virom vode za ves rastlinski svet in tok soka v drevesih se dviga skozi kapilare lesnih posod, premaguje silo težnosti, do višine drevesa, odvisno od koeficient površinske napetosti teh tekočin, njihova gostota in premer kapilarnih posod iz lesa.

Ker ima porazdelitev atmosferskega tlaka po zemeljskem površju izrazito conski značaj in je na določenih zemljepisnih širinah nastalo več pasov nizkega in visokega atmosferskega tlaka, je velika verjetnost, da bo višina dreves pri določenem atmosferskem tlaku na različnih zemljepisnih širinah različna. njegove rasti in bo odvisen od atmosferskega tlaka kot enega od dejavnikov, ki vplivajo na rast in razvoj flore.

Na višino dreves vplivajo različni podnebni dejavniki, tudi atmosferski tlak, predvsem pa je odvisna od hidravličnega sistema drevesa samega.

Zaključek

Kot rezultat svojega raziskovalnega dela sem d dosegli rešitev problema s pomočjo zastavljenega cilja in ciljev:

1. Študiral posebno literaturo, vključno z znanstvenimi in revijalnimi članki, učbeniki, slovarji, enciklopedije na izbrano temo.

2. Poglobila je poznavanje zakonitosti hidravlike, kapilarnih pojavov, ki so razširjeni tako v človekovi dejavnosti kot v naravi.

3.R je eksperimentalno dokazal odvisnost premera lesene posode od višine.

4. Analizirali rezultate raziskovalnega dela in rezultate predstavili v obliki črtnega diagrama.

5. Potrjena hipoteza o odvisnosti višine drevesa od atmosferskega tlaka, kot enega od dejavnikov vpliva na različnih zemljepisnih širinah njegove rasti.

6. Izboljšane osebne lastnosti v procesu njenega dela:

vztrajnost;

opazovanje;

sposobnost dela z veliko informacijami;

prizadevanje za samorazvoj.

Pridobiti:

osredotočenost na rezultate;

sistematično razmišljanje;

analitične sposobnosti.

Vidim nadaljnjo možnost uporabe izdelka, ki sem ga razvil, za izboljšanje znanja pri pouku fizike in biologije v šoli.

Seznam uporabljene literature

1. Bashta T.M. Hidravlika, hidravlični stroji. - Moskva: Založba Alliance, 2002 .-- 422 str.

2. Galdin NS Osnove hidravlike in hidravličnega pogona: Učbenik. - Omsk .: Založba SibADI, 2006 .-- 145 str.

3. Gomoyunov K.K. fizika. Pojasnilni slovar šolarjev in študentov. - M .: Prospekt, 2. izdaja, 2010 .-- 496 str.

4. Paturi F. Rastline - genialni inženirji narave. - M .: Napredek, 2002 .-- 265 str.

5. Maharramov MA Termofizične lastnosti naravnih in koncentriranih sadnih in zelenjavnih sokov. - Baku .: Elm, 2006 .-- 274 str.

6. Salnikov V.S. Mehanika tekočine in plina. - Yaroslavl .: Založba Fakel, 2002 .-- 199 str.

7. Telesnin RV Molekularna fizika: uč. - SPb .: Lan, 2009. - 368 str.

8. Shemshuk V. A. Kako nam vrniti raj. - M .: Omega Plus, 2009 .-- 336 str.

9. Alekhina ND Gibanje vode v celotni rastlini (Elektronski vir). -http: //gendocs.ru

10. Burova L.A. Najvišje drevo na svetu (elektronski vir). - http://www.doklad-na-temu.ru

11. Gorkin A.P. Sodobna ilustrirana enciklopedija (elektronski vir). - https://www.litmir.me

12. Galston A. Dvig vode v deblih visokih rastlin (Elektronski vir). - http://www.booksshare.net

13. Mihajlova N.V. Kje raste evkaliptus? (Elektronski vir). -http: //fb.ru

Aplikacije

Dodatek A

Dodatek B

Tabela 10.1 - Število cevi in ​​njihov notranji premer

Dodatek D

Tabela 10.2 - Višina dviga izvirske vode v ceveh

Številka slame	Notranji premer, mm	Višina dviga vode, mm

Dodatek D

Dodatek E

Tabela 10.3 - Višina dviga naravnega brezovega soka v ceveh

Številka slame	Notranji premer, mm	Višina dviga soka, mm
	8 Ibid. stran 244 9 Salnikov V.S. Mehanika tekočine in plina. - Yaroslavl .: Založba Fakel, 2002. P.78 10 Galdin N.S. Osnove hidravlike in hidravličnega pogona: učbenik. - Omsk .: Založba SibADI, 2006. S. 17 11 Gorkin A.P. Sodobna ilustrirana enciklopedija. // https://www.litmir.me/ 12 Shemshuk V.A. 13 Mihajlova N.V. Kje raste evkaliptus? // http: //www.fb .ru / 14 Galston A. Dvig vode v deblih visokih rastlin // http: //www.booksshare.net/ 15 Maharramov M.A. Termofizikalne lastnosti naravnih in koncentriranih sadnih in zelenjavnih sokov. - Baku .: Elm, 2006, str. 243

Pri ljudeh in živalih po telesu kroži kri, ki jo poganja močna črpalka, ki je srce. Tako vsaka celica telesa prejme vse snovi, potrebne za njeno vitalno aktivnost. Vsak del drevesa tudi od znotraj speremo z raztopino hranil v vodi – rastlinskega soka. Vendar nobeno drevo nima srca. Kako se potem sok dvigne na drevo?

Znanost še vedno ne more dati natančnega odgovora na to vprašanje. Nobena od današnjih teorij ne ponuja popolne in dokončne razlage tega pojava. Zato so znanstveniki nagnjeni k prepričanju, da se gibanje soka skozi drevo izvaja pod vplivom več sil, ki delujejo hkrati.

Najbolj razširjena teorija je osmotski tlak. Dejstvo je, da v vseh živih organizmih raztopina hranil prodre v celice skozi tanke membranske membrane. To se zgodi, ker je koncentracija raztopin na različnih straneh membran različna, zato se po zakonih fizike nagiba k izenačevanju. Takšen pojav (mimogrede, ne samo v živi naravi) imenujemo osmoza, razlika v koncentraciji snovi na različnih straneh membrane, ki je gonilna sila procesa, pa osmotski tlak. Tako večja kot je ta razlika v koncentraciji, več tekočine se prenaša po membrani.

Voda in mineralne soli, potrebne za vzdrževanje življenja rastlin, so v tleh. Ker je njihova vsebnost tam višja kot v koreninah dreves, nastane osmotski tlak, ki prisili vlago s solmi, raztopljenimi v njej, da prodre v rastlino. Zahvaljujoč enakemu učinku se sok dvigne navzgor po korenini do debla in naprej do ostalega drevesa. Mineralne soli ostanejo v celicah drevesa, ko raztopina prehaja skozi njih, odvečna voda pa izhlapi iz listov.

V zvezi s tem obstaja še ena hipoteza. Po njenem mnenju gibanje soka nastane zaradi, prvič, izhlapevanja vode iz listov, in drugič, prisotnosti "kohezije" vode. Kohezija je sila, ki povzroči nekakšno "lepljenje" enega majhnega delca snovi na drugega.

Po tej teoriji, ko vlaga izhlapi iz listov, se v njihovih celicah ustvari vakuum in posledično začnejo privlačiti vodo iz sosednjih celic. Enako se dogaja tam in tako naprej, dokler ne pride do korenin, ki absorbirajo vlago (in s tem hranila) iz zemlje. Kar zadeva kohezijo, drži delce vode skupaj, ko se dvigajo navzgor po vrtini, da ta tok ostane neprekinjen.

Višja rastlina je razdeljena na organe, ki opravljajo različne funkcije, vendar imajo številne skupne lastnosti, vključno s potrebo po hranilih, snoveh in vodi za potek fizioloških procesov. Ker vode ne absorbirajo vsi organi, temveč predvsem koreninski sistem, jo ​​je treba premikati po rastlini. Ta proces predstavlja tako imenovani navzgor tok. Treba je opozoriti, da to ime ne odraža smeri, temveč naravo gibanja in njegovo lokalizacijo v rastlini. Prehaja predvsem skozi odmrla tkiva stebla ali peclja – žile ali sapnik pri kritosemenkah in traheide pri golosemenkah. Vendar ta lokalizacija ni absolutna: voda se lahko premika po drugih anatomskih elementih, na primer po sistemu floema.

Voda z raztopljenimi in v njej minerali in snovmi se dviga skozi žile lesa.

Če upoštevamo celotno dolžino poti naraščajočega toka, jo lahko razdelimo na dva odseka, ki nista enaki po dolžini.

1. Odmrli histološki elementi na sredini poti, žile ali traheide. Dolžina tega odseka je pomembna, vendar voda prehaja skozi njo razmeroma zlahka, saj se pasivno giblje vzdolž mrtvih elementov, ne da bi pri tem občutila bistven odpor.

2. Žive celice korenine in lista, ki se nahajajo na začetku in na koncu poti gibanja. Ta pot je prostorsko kratka, vendar jo težko premagamo, saj celične membrane ovirajo gibanje vode.

Gibanje vode v navzgornem toku je bistveno v življenju rastline. Ta tok oskrbuje vse organe in tkiva z vodo in jih spravi v stanje turgorja. Vodni tok navzgor zajame mineralne ione, ki jih absorbira korenina, jih transportira in tako olajša distribucijo (ne pa tudi absorpcijo!) po rastlini.

Da se voda premika vzdolž rastline (in ne samo premika, ampak se dvigne), je potrebna določena količina energije, katere točke uporabe se nahajajo na koncih toka, zaradi česar se se imenujejo končni motorji.

Spodnji motor ali koreninski tlak. Njegova vloga se kaže predvsem med aktivno absorpcijo - vbrizgavanjem vode. S sodelovanjem kontraktilnih beljakovin ne le oskrbuje z vodo koreninski sistem, temveč jo potiska naprej v žile korenine in navzgor po steblu. Vbrizgavanje vode

Aktiven hlapni proces, ki je najbolj izrazit v lubju korenine. Sila, ki jo razvije končni motor, je majhna (približno 0,15 MPa), lahko zagotovi dvig vode do višine največ enega metra, torej zadostuje za zelnate rastline in majhne grmičevje.

Symplast je sistem medsebojno povezanih rastlinskih protoplastov. Protoplasti sosednjih celic so povezani s plazmodesmami - citoplazmatskimi prameni, ki potekajo skozi pore v celičnih stenah. Voda s kakršnimi koli snovmi, ki so v njej raztopljene, se lahko, ko vstopi v protoplast ene celice, premika naprej vzdolž simplasta, ne da bi prečkala kakršne koli membrane. To gibanje včasih olajša urejen tok citoplazme.

Apoplast je sistem sosednjih celičnih sten, ki tvorijo neprekinjeno mrežo po celotni rastlini. Do 50% takšnega celuloznega okvirja je nekakšen "prost prostor", ki ga lahko zasede voda. Ko izhlapi v medcelične prostore s površine celic mezofila, nastane napetost v neprekinjenem apoplastičnem sloju vode, ki se po mehanizmu volumetričnega toka zaradi kohezije ("adhezija") vse skupaj potegne navzgor do mesta zmanjšanja. ) molekul vode. Voda vstopi v apoplast iz ksilema.

Zgornji motor ali sesalna sila transpiracije. S stalnim izhlapevanjem vode v listih rastlin se sesalna sila (1 - 1,5 MPa) prekine, sesa vodo iz najbližjih celic in se prenaša na naslednje celice, po katerih se voda premika, do posod. V posodah ni citoplazme, zato ni osmotskega tlaka, absorpcija tekočine pa poteka s sodelovanjem celotne velikosti sesalne sile. Omogoča dvig vode za več metrov in deluje kot hidravlična črpalka. Ta sila zadostuje za zagotovitev vode za grmovnice in relativno majhna drevesa.

Dvig vode vzdolž drevesnega debla

Končni motorji lahko dvignejo vodo do višine 10 m. Toda številne lesnate rastline imajo veliko večjo dolžino debla in takrat oba končna motorja ne moreta zagotoviti dviga vode. V takšnih rastlinah na pomoč priskočijo adhezijske sile med molekulami vode, ki so zelo velike in lahko dosežejo 30 - 35 MPa. Ta sila zadostuje za dvig vode za 1 - 2 km, kar je veliko višje od višine katerega koli drevesa.

Adhezijske sile vodnih molekul delujejo le pod določenimi pogoji: vodni curki v posodah morajo teči neprekinjeno, brez zračnih mehurčkov. Če vanje vstopi zrak, kar je možno, ko so poškodovani ali urezani, se gibanje vode prekine. To pojasnjuje venenje poganjkov lesnatih rastlin z listi in cvetovi (na primer lila), ko jih po rezanju damo v vodo ne takoj, ampak čez nekaj časa.