|
О РОЛИ ЭКОНОМИЧНОСТИ В КУЛЬТУРНОСТИ |
|
|
|
Условный заголовок части 3
работы «О ФИЗИКЕ КУЛЬТУРЫ ПЛОДОВОГО ДЕРЕВА, |
|
продолжение частей 1 и 2. |
|
|
|
18. О ДОМИНИРУЮЩЕМ ЗНАЧЕНИИ
МНОЖИТЕЛЯ «ЭКОНОМИЧНОСТЬ» В ПАРАМЕТРЕ «КУЛЬТУРНОСТЬ» БИООБЪЕКТА |
|
|
|
Прим. Параметр «культурность» - это эквивалент в одном слове понятия и
параметра «уровень культуры», он служит для количественного ее определения
параметра «культура» в объекте. |
|
|
|
В современной жизни обыкновенно
недопонимается и недооценивается «экономичная»
составляющая культуры, (которая -
/культура/, напомним - в нашем физическом толковании – количественно равна произведению производительности объекта
на его экономичность, или, в более привычном выражении - отношению продуктивности объекта к количеству потребляемых им ресурсов.) |
|
|
|
[Это вполне естественно, и
происходит оттого, что человечество пока находится в основном на стадии
количественного, «простого», экстенсивного, развития (измеряемого в абсолютных числах – показателях). Поэтому учитывают,
прежде всего, и в основном, интенсивность
процессов, то есть характеристике, отражающей величину
производства (той же валовой экономики) в единицу времени и в единице пространства (например, в данной
стране). Даже в современном «интенсивном» садоводстве (казалось
бы, уже оцениваемом в качественных – относительных, нормированных
показателях) – тоже рассматривают в основном только удельную продуктивность плодового дерева или сада (сумму урожаев за период активной жизни
дерева, на единицу занимаемого пространства), но не учитывают количества потребляемых при этом массо-энергетических
ресурсов (или учитывают только косвенно, «автоматически», в той степени,
в какой они сами проявляются в конечном продукте садоводства – плодах,
урожае, при стандартном «нормальном» уходе и климате). |
|
Заметим, что капитализм,
«рынок» - это как раз есть последний этап такого исторического
подготовительного отрезка, на пути к подлинной истории зрелого человечества –
коммунистического ее этапа, в основном с преобладанием уже качественного развития, отражаемого относительными показателями, то есть продуктивность всегда будет нормироваться
к затратам, а значит – направлена на разумные цели)]. |
|
|
|
Поэтому обычно в наше время,
при оценке, объектов или процессов - учитывается только их
производительность, (в пиковых достижениях или суммарных) – но не упоминается
«затратная» сторона вопроса. Например, при оценке человека для общества
учитывается его выдающийся вклад, но умалчиваются его потребление от общества
(настоящего или будущего, включая использованные невосстановимые ресурсы
планеты). |
|
ххх |
|
При оценке дерева до
недавнего времени (всего то лет 50 назад, в нашей стране) учитывался только
его суммарный урожай (на одно дерево) за время его жизни, но не учитывались
(почти или в достаточной степени) использованные при этом природные и
человеческие ресурсы (время, пространство, масса питательных веществ).
(Например, даже известный ученый ТХСА Анзин – учитель В. И. Сусова, призывал
выращивать - и испытывать - на своих садовых участках особо долговечные
рослые деревья! И сам проводил такие эксперименты!) В последние десятилетия,
с началом активного внедрения «интенсивного
садоводства», правда, ввели качественные – (относительные, нормированные)
показатели оценки – например, урожая на единицу занимаемой площади сада
(т. н. удельной продуктивности)
– в период активного плодоношения дерева
или, реже – за весь период жизни сада из таких деревьев, от начала его
закладки. Но все равно в этих расчетах практически не учитываются (прямо) расходы дерева на образование
единицы «энергетической массы»
биопродукции - в калорийном, энергетическом эквиваленте, (как и
самого урожая в энергетическом эквиваленте, а также КПД процесса
преобразования – биосинтеза - для всего дерева в целом), а учитываются только расходы по
используемой площади и времени. |
|
|
|
В этом случае, (в современной
реальной практике), в первую очередь учитываются только генетические параметры продуктивности (которые, кстати, получены для своих нормальных
условий для сорта, что не всегда понимается, когда дерево сорта переносится в
другой район, с худшим или лучшим климатом, почвой или просто уровнем ухода),
и недоучитываются его «экономические» параметры
(прямо связанные и с выносливостью, определяемые необходимым минимумом потребления растения для
существования/выживания или количеством
производимого биопродукта – энергетической массы – не единицу потребляемых
ресурсов, тоже энергии и массы,
отражаемым КПД дерева в целом, осуществляющего процесс биосинтеза – эти
параметры связаны и есть проявления одних и тех же основных физических
параметров дерева). |
|
|
|
Примечание-отступление |
|
В принципе, такой подход в
практическом садоводстве – отсутствие учета КПД растения по потреблению массо-энергетических ресурсов в
процессе биосинтеза (который
связан с экономичностью, выносливостью и согласованием дерева данного сорта по культурности с окружающей средой) - на фоне учета с полным
вниманием факторов интенсивности растения в единицу времени и пространства -
вполне объясним и полностью оправдан – в «южном» садоводстве, где наблюдается
избыточность внешних природных ресурсов для жизнедеятельности растения
(энергии солнца и массе питания). Поскольку, например, повышение КПД (процесса биосинтеза) на
несколько процентов не играет решительной (и даже почти никакой) роли (на
фоне многих других, в основном негативных, природных факторов –
нестабильности погодных условий, слишком больших отрицательных температурных
выбросов и прочих, тоже снижающих эффективность/КПД процесса биосинтеза), по
сравнению с параметром «интенсивность»
плодоношения, или общая «удельная
продуктивность». [Заметим, в качестве численного примера, что понижение уровня экономичности
– по массо-энергетическому потреблению вдвое, то есть добротности с 20 до 10,
приводит к понижение КПД всего
лишь с (20-1)/20 = 0,95 , при
добротности Q = 20 до
(10-1)/10 = 0,9 при добротности Q=10 ]. |
|
|
|
Однако картина – и отношение
к параметру «экономичность» дерева, многолетнего растения - в корне меняется
– на противоположную - при помещении
его в экстремальные, предельные для его выживания, естественные условия
существования (например, в северные, восточные регионы и пр.). Здесь дерево с
малой экономичностью - даже при
высокой его природной интенсивности, в «нормальных» для сорта, более
благоприятных условиях (по теплу и засухам летом, и морозам и оттепелям зимой
и пр.) – просто не выживет, в ограниченных - по необходимым ресурсам -
«малоинтенсивных», «малокультурных»
условиях внешней среды (по энергетической «насыщенности» в кроне и
насыщенности массой питания в почве – в основном). Ибо разница в величине необходимого потребления деревом на
интервале минимума жизненной
активности, которая обратно-пропорциональная
величине от параметра «добротность» - оказывается очень велика, вдвое в
данном примере, при переходе от Q = 20 до Q=10. [Это трактуется так, что высокодобротное
(высококультурное) дерево требует меньшей энергии для самоподержания, и способно, таким образом, выдерживать более
суровые (по энергопотреблению - по морозам, минимальным тепловым температурам
летом и зимой) и скудные (по обеспечиваемому «массо-потреблению» - питания и
воды, в почве и воздухе) условия окружающей среды - в частности, спасаясь
большим накопленным запасом энергии и массы за более продолжительный срок
жизни (у высокодобротных деревьев) и более синхронным взаимодействием
(«взаимовыручкой») большего числа, объединенных в организованную систему,
элементов дерева. Что особенно важно в отдельные неблагоприятные годы и в
критические длительные периоды жизни дерева (при воздействии длительных
«вредных» факторов, типа засух, прохлад, но «симметричных» относительно
среднегодовой составляющей – и потому не нарушающими общий природный годовой
цикл). (Прим. Не надо путать с
кратковременными – но, в сумме - достаточно мощными и асимметричными
относительно средней, по годам, составляющей - «помеховыми» погодными
выбросами; или с такими длительными, что нарушают общий годовой природный
ритм – здесь более устойчивыми окажутся как раз деревья с менее высокой
добротностью/культурностью Q/Ук и соответственно
«экономичностью» Э, поскольку ее
повышение одновременно означает и уменьшение отводимого деревом годового
«жирового» запаса – необходимого для противостояния неблагоприятным факторам,
что снижает устойчивость дерева, определяемую параметром «уровень
устойчивости» Ууст. См. объяснения
в «Части 2», раздел / /).] |
|
|
|
Конечно, в практическом
садоводстве расчет его экономической эффективности, (особенно в северном
садоводстве, с его естественными природными массо-энергетическими
ограничениями – по теплу, солнечному облучению, питательности почвы)
обязательно будет «внутренне» включать
эту самую «экономичность» растения (через результирующие «выходные»
параметры, прежде всего урожайность - в данной местности, при равном уходе,
внесении удобрений, поливе и прочем, с учетом большей выносливости деревьев с
ростом их «уровня культуры», в нашем строго физическом определении). Именно
поэтому, кстати, более
«высококультурные» (по составляющей «экономичность», «выносливость»)
«северные» сорта дают больший урожай на севере, при своей меньшей
максимальной генетической продуктивности, за счет большей их «экономичности» - в нормальных
условиях зоны и «выносливости» - в
экстремальных, при отклонениях от «нормы» (которая /выносливость/ тоже есть
проявление экономичности, через механизм накопления высококультурным
растением больших энергетических запасов – в течение более длительных его
сроков жизни Тж – и содержащихся в
большей массе самого дерева, как в обычной «сырой», так и в «энергетической»
- измеряемой ее калорийностью). |
|
Прим. Важно. То, что такие - более
«высококультурные» (по составляющей «экономичность», «выносливость») «северные»
сорта имеют пониженную устойчивость к «выматывающей погодной тряске» (резким
амплитудным «импульсным» переменам погодных условий, быстрым изменениям в обе
стороны - «туда-сюда»), определяемой введенным параметром Ууст, вполне приемлемая расплата за полученные преимущества,
поскольку на «северах» (так северяне называют свои края, а мы - северные и
восточно-континентальные регионы страны) риски таких погодных перемен
(пересекающих нулевую температуру) не велики, по сравнению с большими
морозами зимой и засухами летом, когда важнее выигрыш в параметрах «экономичность» Э = «выносливость» В,
которые по величине (в модели) обратно пропорциональны параметру Ууст = Рмин. |
|
|
|
19. НЕМНОГО ТЕОРИИ, ФИЛОСОФИИ, О ЦЕЛИ ЖИЗНИ И
СВЯЗИ ЕЕ С КУЛЬТУРОЙ |
|
|
|
Для лучшего понимания тем,
кто знает физику или хочет знать, дадим немного теории. Существуют общие принципы действия всех систем, включая
такие сложные, как биосистема под названием «общество». Что позволяет
описывать их одними формулами, и изучать на базе аналогов – «моделей». Это
называется «моделированием». В частности, основные принципы функционирования
человеческого общества, как биосистемы, можно выразить процессами,
происходящими в радиосистемах при обработке радиосигналов, определяемой
внутренним устройством, структурой – этих систем. Это описывается в «Теории
обработки радиосигналов», (куда входят такие дисциплины, как «Теория
обнаружения, оценки и измерения
сигналов», «Спектральный анализ» и другие), которую мы использовали, как
наиболее нам с братом, радистам, близкую, при имитационном моделировании
общества - для лучшего понимания
физики происходящих исторических процессов. |
|
|
|
Если хорошо знать и
чувствовать физику – не обязательно в «деталях», как ученые физики – ядерщики
и прочие, а хотя бы в масштабах технических ВУЗов, и иметь физическое,
«естественное» мышление – то можно понять естественное устройство мира,
природы, включая «живую», в высшей ее форме – человеческого общества - без
привнесения в объяснение его создания и функционирования разных
«божественных» сил (искусственного происхождения) в виде конкретных носителей
- типа богов, дьяволов, инопланетян и прочих. И даже снизить роль отдельных
исторических личностей, типа императоров, царей, религиозных деятелей, вождей
народных восстаний, революций, президентов, выдающихся политиков, ученых и
прочих, которые лишь являлись воплотителями естественных закономерностей
развития человечества, отражая глубинные «чаяния» и движения «народных масс». |
|
|
|
Эту витающую в небе
взаимосвязь, всего со всем в жизни (людей между собой и событий, природных
объектов и явлений), невидимым, но сильным полем – чувствуют все культурные
люди, и пытаются объяснить каждый по своему, со своим подходом, в силу своих
знаний, образования, профессий, биологической/физиологической индивидуальной
основы и социального уровня/положения. Самые светлые умы пытаются ответить на
сложные вопросы жизни, каждый по-своему – ученые гуманитарии (историки,
социологи, политологи), журналисты, телеведущие, политики, религиозные
деятели. Например, что такое
«религиозная» общность, национальная, народная, государственная,
«общечеловеческая», идеологическая, биологическая, расовая и т. д. и т. п.,
что связывает людей по этим признакам, насколько сильна эта связь, как она
меняется во времени и зависит от продолжительности жизни людей и поколений,
каждой группы от других общественных объединений, насколько люди подвержены
внешнему управлению и насколько стихийных внутренних сил, общефизических
законов, «закономерностей»… Насколько каждый человек независим, от
общественных связей, и насколько является рабом внешних сил, движения толпы,
царящего «общественного» мнения, гипноза многочисленных идеологических
«гуру»: от колдунов, шаманов, заклинателей, врачевателей, руководителей
всевозможных сект – до политиков, общественных деятелей, псевдоученых, специалистов «спецслужб» (всевозможных
аналитиков, организаторов «оранжевых революций», политических переворотов) и
прочих желающих «поуправлять» слабоумной толпой, (людей, у которых «ноги бегут впереди головы», как
говаривал мой уважаемый «шеф», как мы его называли между собой
в лаборатории, В. В. Лебедев), в
собственных, обычно корыстных интересах. И, в частности, такой вопрос,
интересующий, по крайней мере, большинство русских людей: «Что такое русский
дух, (православный) народ, и насколько он независим, как посланный свыше
«господом богом», от исчезновения отдельных людей?». (Именно этот вопрос
сейчас обдумывает мой друг, доктор философии А. И. М., по заданию
православной церкви.) |
|
[Приятно то, что уже даже до
ученых гуманитарных профессий стало ясно доходить, что миром правят
объективные физические законы (физико-биологические, физиологические
закономерности и потребности, говоря о человеческом обществе). Так, одна
умная приятная дама, большой ученый (не менее доктора наук на общественной
кафедре одного из университетов), приглашенная в качестве независимого
эксперта на одну из политических
дискуссии, проводимых сейчас регулярно на каналах ЦТВ, подводя итоги дебатов,
высказала глубоко правильную мысль (далеко не всем очевидную пока, которую я
уже давно - лет двадцать как, с той поры, как углубился в садоводство и начал
с создания «временной колебательной
модели функционировании плодовых деревьев» - проталкиваю повсюду) о естественно-природной «цикличности» и
«физиологичности» процессов жизни, общественной
в том числе. (Речь в той дискуссии шла о подъемах и спадах политических
настроений в стране, за последние двадцать-тридцать лет, в свете политических
выступлений «оппозиции», разношерстных толп, накануне и после выборов,
парламента и президента.). Понимание таких «волновых», «колебательных»
закономерностей развития биообъектов позволит правильнее их понимать,
оценивать и предсказывать.] |
|
|
|
Я тоже много думал над этими
вопросами, и, к концу жизни, изучая, в частности, садоводство и природу
функционирования плодовых деревьев, как сложных биосистем, нашел для себя
ответы на многие из вопросов, о смысле Жизни, в конечном итоге. С позиций своих
знаний и жизненного опыта, и уже не молодого возраста (который, впрочем,
сейчас ни для кого не авторитет, а скорее понимается как признак слабоумия).
Позволю себе и я поделиться своими «сокровенными» мыслями, как человек,
которому дали «последнее слово» перед казнью. («В японской художественной традиции есть выражение «последний взгляд».
Это взгляд умирающего человека, полный необыкновенной искренности, мудрости и
незамутненности». Борис Акунин). Эти мысли, которые созревали постепенно,
за многие годы – я потихоньку вставлял и в свои прежние садоводческие работы.
Хотя, в основном, они представлены в наших с братом публицистических статьях,
на сайтах conception.my1.ru, www.abak47.narod.ru и www.sad47.ucoz.ru. Этому – поискам смысла жизни
и доказательств этих положений – главным образом и посвящена данная, «вроде
бы» садоводческая, по названию, работа, под названием «О физике культуры плодовых деревьев», которую Вы читаете. Она
условно разбита на четыре части, для удобства прочтения в Интернете. Под
разными названиями, но со сквозной нумерацией разделов. |
|
Прошу прощения за повторы, ибо материалы
писались в разное время и многократно исправлялись, брались и «сшивались» из
разных мест, но уже нет времени написать все вместе и много короче. |
|
|
|
Примечание, для пояснения вездесущести физики в жизни. |
|
|
|
Например, есть вполне
физическое определение и физический смысл понятия «культура», столь широко
применяемого в различных областях жизни. То есть такую характеристику, параметр – как «культура», можно рассчитать численно,
введя такой параметр, как «уровень культуры» (сокращенно «культурность»). И далее пользоваться
этим параметром для определения путей достижения его максимума, как
параметра, в наибольшей степени отражающего «меру жизни», «жизненный
прогресс». |
|
|
|
Культура
– это квинтэссенция жизни и цель ее развития. Культура характеризует качество жизни (диапазон ее интенсивности, концентрации), степень ее
«содержания», развития, сложности,
адаптивной способности в объекте
(в том числе биообъекте, включая общество, или в каком-то процессе, в отрасли
народного хозяйства и пр.) – то есть устойчивости
(данного объекта Жизни, включая объекты искусственного или естественного
происхождения - с коэффициентом сложности более единицы) к внешним
воздействиям среды. Культурность –
это уровень качества Жизни, мера количества
культуры. |
|
[Помните, как я неоднократно надоедливо
твердил в предыдущих работах: «Жизнь –
это процесс самоорганизации (или развития) материи». А только теперь додумался до лаконичного продолжения
этого определения жизни: «А ее цель,
/для каждого биообъекта/ – повышение своего уровня культуры, как механизма адаптации к окружающей среде,
обеспечивающего большую жизнестойкость».] |
|
|
|
Многочисленные примеры и
разные определения понятий «культура» и
«уровень культуры» (назовем ее
также «культурностью» - одним
словом, и будем также использовать этот термин как название параметра для количественной оценки
«культуры») даны в предыдущем разделе
6. Однако позволю себе немного повториться (привожу материал из другого
варианта работы), ибо «повторенье – мать ученья», как вдалбливал мне в
детстве фразу В. И. Ленина мой незабвенный батя. |
|
|
|
*** |
|
Физический параметр «уровень культуры» процесса (объекта)
количественно равен произведению
максимальной, «пиковой» мощности (интенсивности) процесса (или мощности, вырабатываемой объектом) на его
экономичность (выносливость для биообъектов). Или отношению пиковой мощности к минимальной мощности, достаточной для
жизнедеятельности биообъекта (или функционирования «не живого» объекта) в
паузах «покоя», «отдыха», «релаксации» (в режиме «холостого хода» для неживых
объектов, с частности, технических устройств). |
|
|
|
Например, для двигателя
(автомобиля и др.) это максимальная мощность, на единицу занимаемого объема -
поделенная на его «экономичность» (минимальную вырабатываемую им мощность в
режиме холостого хода, необходимую для преодоления внутренних потерь
двигателя; или на отражающую ее величину потребления топлива в этом режиме
«покоя»). |
|
|
|
Для плодового дерева «уровень
культуры» - это отношение его
биологической продуктивности (мощности – ростовой, в момент t= ¼ Т или созревания-плодоношения, в момент t=¾ Т, определяемой параметром Рмакс, в модели) к величине «минимальной «потребляемой мощности» Рмин (уровень интенсивности биопроцессов
обмена надземной и подземной частей дерева) в моменты (краткие периоды) покоя
дерева – в середине лета (при t= Т/2) или зимой (при t=Т), (точнее – в самом конце осени и начале весеннего пробуждения
дерева, ибо зимний период не учитываем, «вычитаем» - в модели). Где величина Рмин обратна параметрам «экономичность» Э или «выносливость» В:
(Э=В=1/Рмин). |
|
Заметим, что летняя выносливость дерева
определяется, во-первых, минимумом потребления воды, (и приносимых ею
питательных веществ, в растворах,) т. е. засухоустойчивостью,
во-вторых - устойчивостью к недостатку тепла,
к прохладе, (при получении достаточно сахаристых плодов); в-третьих
- к бедным почвам и «плохим» - по требуемому химсоставу (избыточной
или недостаточной кислотностью или щелочным коэффициентом, и прочее). А зимняя выносливость – морозостойкостью кроны, (поскольку
она – выносливость - определяется минимумом мощности обменных процессов
«тлеющей жизни» спящего дерева, и тесно связана с минимумом необходимой
температуры окружающей среды для сохранения жизнедеятельности растения: чем
меньше мощность внутренних процессов в тканях дерева, достаточная для
поддержания его жизнедеятельности и жизнеспособности, тем, по логике, меньше
требуется поступления внешнего тепла от окружающей среды, т. е. дерево должно
быть более морозостойким); засухоустойчивостью корневой системы
(низким уровнем потребления воды ею для ее роста и самоподдержания, поскольку
корни в это время находятся в «набухшем» состоянии, нарастающим к их
концам); зимостойкостью (в особом смысле, для корневой системы, по «подземным» нормам температур: максимальной
выдерживаемой отрицательной температуре и допустимым перепадам температур, в
разное время зимнего сезона, в зависимости от количества влаги для
обеспечения теплопроводности почвы и от созданных условий для поддержания
жизни корней). Все перечисленные факторы, влияющие на зимнюю выносливость
дерева, описываются интегральным параметром «зимостойкость» (прим. для новичков: не путать с морозостойкостью). В научном плане
вопрос зимостойкости плодовых деревьев разработал Кичина, научный руководитель бывшего
НИЗИСНП (ныне ВСТИСП), где разложил ее по четырем «полочкам», введя четыре
фактора, влияющих на зимостойкость (вначале зимы, в середине, весной и,
кажется, к чередованию с оттепелями). |
|
|
|
Но, с другой стороны, «если свечка (жизни) еле горит, её легче
загасить дуновением ветра», (т. е., в данном случае - переменой условий для
воздушного обеспечения кислородом). Аналогично для «высококультурного» дерева
- в данном случае, которое предельно сконцентрировало (и при этом минимизировало оставляемую энергию
«про запас», Рмин в модели) свои силы (на «стрессе») для «переживания»
относительно короткого морозного периода вынужденного зимнего сна - в пике
«провала» отрицательной климатической полуволны (настроившись на точный период
среднегодовых колебаний погодных условий), – можно заключить, что оно будет
очень чувствительно к «выбросам» погоды, меняющим естественный годовой ритм
дерева - особенно к резким ассиметричным, по сумме годовых воздействий (относительно среднегодового уровня) или к
длительным отклонениям ее (погоды) от нормы. Отсюда следует меньшая общая зимостойкость высококультурных сортов деревьев, (при достаточно высокой морозостойкости),
так что понятие «выносливость»
здесь (применительно к высококультурному дереву) не означает «зимостойкость», а только относится к
«морозостойкости»; а также к
устойчивости к бедным средам обитания и
к количеству минимально потребляемых материальных ресурсов для
жизнедеятельности, в частности, воды (в этом случае повышается
засухоустойчивость), в фазах покоя, летней и зимней. А значит, наиболее культурные сорта деревьев
(высокопродуктивные на единицу потребляемых ресурсов - заметим,
обладающие наиболее выраженными «резонансными» свойствами, в частности,
одновременным плодоношением) будут
неизбежно менее выносливыми к климатическим и погодным переменам (в
частности, определяющим общую зимостойкость)
и к природным факторам, сбивающим
«правильный» (сформированный за жизнь и унаследованный) ритм дерева, с
«резонансной» частоты правильного годового цикла: ранние и/или поздние весны,
особенно вкупе с симметричными, относительно середины лета, добавками к
длительности сезона теплых дней поздних/ранних осеней /или вычетом ранних из
укороченного сезона из-за поздней весны/;
длительные засухи летом или оттепели зимой; сильные «интегрально за
сезон несимметричные» (от среднегодового уровня) импульсные погодные
отклонения и т. д.). |
|
|
|
Если сравнивать дерево с его
моделью (электрического контура) и построенных на его основе различных радиотехнических систем, то можно
сказать, что увеличение добротности контура
(и его «уровня культуры») приводит у увеличению точности настройки приемной (и точности измерения
параметров сигнала), но сопровождается
потерей надежности измерений (и работы всего измерительного устройства
или системы), поскольку
«выпадение» из «окна» измерений приводит к отказу работы системы. (Для
«цифровиков» более понятна может быть такая аналогия из сравнения цифровых и
аналоговых устройств: первые дают большую точность и полную восстановительную
способность, пока «шумы» - случайные внешние воздействия – не выходят за
пределы ступеньки – дискрета – цифрового сигнала, но зато, если это
происходит, система полностью теряет свою работоспособность. В аналоговом
устройстве ошибка из-за помехового сигнала всегда будет присутствовать и
плавно увеличивается с его увеличением, может накапливаться во времени, но
это не приводит к пороговому срыву работы даже при весьма больших значениях
шумов.). |
|
Другим примером повышения
«культурности» объекта может быть «закалка» железа (например, путем небольшой
добавкой углерода), превращающая ее в «культурную» сталь. Последняя
выдерживает много большие механические нагрузки, но после определенного
предела ломается – тогда как «малокультурное» железо гнется, но зато не
ломается. |
|
В качестве понятной,
наглядной аналогии поведения более культурных объектов можно привести
высококачественный автомобиль – современную дорогую «иномарку» - который
обладает превосходными основными параметрами: приемистостью (ускорением),
экономичностью, высокой скоростью и устойчивостью на дороге – но только при
соответствующих отличных условиях
ухода (качественные топливо и масла), профессионализма водителя и хороших
дорог. В «малокультурных» же условиях использования он может попросту
сломаться и уступить менее качественным, но более выносливым, «неприхотливым»,
автомобилям более отсталых производителей. |
|
|
|
Аналогично, в реальном
плодовом дереве повышение его культуры
означает улучшение его
основных параметров (продуктивности и
экономичности) – но лишь при
достаточно хороших условиях местной природы и ухода, и при сохранении
достаточно высокой стабильности частоты
колебаний погодных условий сезонного цикла (величиной, обратной периоду годового цикла). Тогда мелкие
отклонения «высококультурный» биообъект преодолевает тоже вполне успешно (в
пределах допустимого шага отклонений, определяемых его параметром Ууст – «уровень устойчивости»,
который выше у малокультурных деревьев), но все же главное его достоинство –
это высокая экономичность Э при
«правильной» «синхронной» работе плодового дерева, настроенного на
«нормальный» годовой цикл (обеспечивающая высокий КПД биосинтеза в дереве в целом - преобразования внешней
получаемой энергии /электромагнитной и тепловой/ в химическую энергию
плодовой продукции при помощи биосинтеза; при минимальных потерях мощности Рмин в самом дереве – на самоподдержание и на
непроизводительную работу – например,
по транспортировке растворов питательных веществ на большую высоту дерева или
по веткам громоздкой кроны.). И плюс при условии максимально равномерного поступления массо-энергетических ресурсов такому
«высококультурному высокоэкономичному» дереву, что означает обеспечение
«высокой культурности» питания, всеми массо-энергетическими ресурсами,
необходимыми дереву, получаемого от внешней среды, (т. е. наличия «высококультурной»
среды, соответствующей, «согласованной»
по уровню биообъекту). В переводе на радиотехнический язык это эквивалентно
достаточно чистой спектральной линии воздействующего сигнала природы (малой
ширины полосы сигнала одной гармоники, размытого модулирующими «помеховыми»
«шумами неравномерности» - поступлений ресурсов, связанных с погодными
аномалиями и прочими причинами), который («размытый» сигнал) умещается в
узкую полосу высокодобротной колебательной системы «дерево». В соблюдении
равенства ширин полос спектров воздействующего сигнала и приемной
колебательной системы и заключается суть оптимального «согласования», на котором и построена вся радиотехника («теория
обнаружения и оценки»). |
|
|
|
20. ЗАЧЕМ НУЖЕН И ЧТО ДАЕТ
СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ПРИ ОЦЕНКЕ УРОВНЯ КУЛЬТУРЫ ПЛОДОВЫХ ДЕРЕВЬЕВ? |
|
|
|
Жизнь – это процесс
постоянного обмена массы и энергии в объектах и между ними, переходы из
количества в качество и обратно, и прочее, прочее… и она проявляется в форме и содержании объектов. Что
такое форма – объяснять не надо, всем понятно, даже мне - это внешнее
«статическое» его состояние, а содержание – это его проявление в виде
динамических процессов, его «способности в действии», движении. Преобразование Фурье (ПФ) - это формула
для связи частотных и временных характеристик объекта (или
пространственно-частотных и
пространственно-временных характеристик). Оно позволяет
осуществить переход от описания
объекта в одной области (формы –
как его изображения) к описанию в
другой (его движения, или процесса в
нем - как функции во времени) – в области пространственно-временных
частот; или процесса во времени и его спектра – в области «обычных временных»
частот. Именно на его (ПФ) основе и построен весь спектральный анализ, а на нем – вся радиотехника, теория
информации, теория обработки сложных сигналов, и многие другие физические
науки, использующие великий смысл этого преобразования. |
|
|
|
Не пугайтесь, я не буду
мучить Вас теорией, я и сам в ней не силен – но кое-что очень важное я все же
крепко понял в конце жизни, (на базе
того, чему когда-то учили в радиотехническом ВУЗе МИРЭА, а до того, в
прекрасном техникуме МРАСТ, что мне еще дороже), применительно к садоводству и рассматриваемому вопросу – определению уровня культуры плодового
дерева. И хочу направить мысли последователей – садоводов с хорошей
физической (в смысле науки, а не тела) подготовкой – чтобы заняться
исследованиями в сфере моделирования
плодовых деревьев с помощью методов спектрального анализа в области
пространственно-временных и обычных (временных) частот. |
|
К сожалению, моих знаний в этой области, а
также времени и всяческих собственных ресурсов не хватает, чтобы одолеть
такую работу – да мне это и не нужно, в подробностях (в смысле цели создания
программ для машинного проектирования любых крон деревьев на предмет
вычисления их коэффициентов эффективности, уровней культуры плодовых деревьев
и прочих важных параметров, тут работы край непочатый, на десятилетия вперед,
если найдутся желающие). Но вот что я пока понял, «по огибающей» (как
выражаются в радиотехнике). |
|
**** |
|
1. Жизнь начинается там, где
начинается сложность («сложенность», организованность, организация – отсюда –
«организм», «органические» вещества). И там, где прямолинейное движение
переходит в колебательное (и/или
дополняется им), где начинаются волновые процессы массо-энергетического
обмена. |
|
2. Самая «простая» из
«сложных» систем (система обязательно состоит из нескольких элементов, как
минимум – двух) – это электрический контур (состоящий из емкости и
индуктивности, т. е. двух реактивных
элементов, при наличии сопротивления потерь), который способен создавать
колебания (волны). (Механические и прочие колебательные системы рассматривать
не будем, пусть это сделают специалисты механики). |
|
3. Уровень сложности
измеряется (введенным нами) параметром «уровень
культуры» Ук, который для простейшей колебательной системы – контура -
определяется через параметр «добротность» Q (с коэффициентом 2) – который
вычисляется как отношение реактивной мощности в контуре к активной, или
энергии, содержащейся в организованной «колебательной» форме к
неорганизованной «активной», шумовой, тепловой. (См. выше, раздел , части 1). |
|
4. Плодовое дерево может
моделироваться простейшей колебательной системой – контуром, который имеет
период колебаний, равный годовому циклу (выкусывая – по оси времени - зимний
период вынужденной спячки) (см. мою давнюю статью «Волновые процессы сезонного массо-энергетического обмена в жизни
плодового дерева», на сайте). Его добротность равна естественной активной продолжительности жизни
дерева (в годах). (Примерно, с точностью до модели, по уровню падения
продуктивности/урожайности в два раза от максимальной). |
|
|
|
5. В простейшей одноконтурной
модели в спектральной области энергии сосредоточена в виде всего одной
«палки» (линии) спектра, «размытой» шумами в определенной полосе, ширина
которой определяется как отношение частоты к добротности контура Q (называемой «полоса
пропускания контура»). Во временной области процесс колебания (основной
функции аргумента – тока в контуре) описывается обычной синусоидой, с одним
периодом на протяжении длительности сезона; а его мощность описывается косинусоидой,
с двойной частотой по отношению к частотам первичных функций (тока и
напряжений на реактивных элементах - емкости и индуктивности). |
|
Заметим, что ширина второй
полуволны мощности (определяющая ширину интервала плодоношения,
характеризующая одновременность плодоношения)
не может быть в одноконтурной системе уже, чем примерно 1/8 Т. Чтобы ее сильно сузить, требуется усложнить моделирующую систему
дополнительными контурами (например, введение еще одного контура, второго, с
частотой, кратной трем от первого – т. е. создающего третью гармонику, может
имитировать повышение одновременности урожая
примерно вдвое – имитируемого сужением пика мощности/интенсивности
процесса.). Для дальнейшего сужения (и увеличения крутизны фронтов «пичка»
интенсивности) требуется вводить
дополнительные контура с частотами, кратными нечетным гармоникам – 5-й, 7-й и
т. д. Таким образом, образуется еще одна
независимая ортогональная «ось
сложности», позволяющая повысить
«уровень культуры» в N-ое количество раз. (Не известно, впрочем – по крайней
мере, мне на данный момент -
понадобится ли такое усложнение для описания плодового дерева – это зависит
от того, насколько в реальности у высококультурных деревьев может сгруппировываться
интервал плодоношения, в момент около ¾Т /или роста - в момент около
¼ Т/. Что легко проверить экспериментально, сняв зависимость
интенсивности обменных процессов за сезон.) |
|
|
|
6. Проявлением «культурности» (усложнения)
плодового дерева является усложнение в спектральной области (вместо одной
линии, образуемой одним контуром в имитирующей «простой» модели) –
несколькими линиями (и несколькими дополнительными контурами в
«многоконтурной» модели). Так, если в простой (одноконтурной) модели во
временной области будет меандр (ограниченная по амплитуде синусоида) со скважностью 2, то в сложной
многоконтурной («многолинейной» в спектральной области) - во временной области можно достичь
скважности сигнала N раз, и т. о. увеличения его
импульсной мощности тоже в N раз, по сравнению с
«простой» одноконтурной системой. |
|
Важно. |
|
7. Форма объекта (предмета)
связана с его содержанием (отражаемым происходящими в нем процессами)
преобразованием Фурье. Культура формы (наиболее
четко проявляющаяся в «застывшем» статическом состоянии объекта, «покоя»,
если он «живой» - биообъект, такой как дерево, и в нем происходят обменные -
массо-энергетические - волновые процессы, что соответствует моментам покоя
годового цикла Т/2 – середина лета, и 0Т, 1Т – зима) отражается в гармонии линий, пропорциональности элементов конструкции,
одномерности элементов, равномерности их распределения по кроне (и прочим
подобным), тем – что называется «красотой». |
|
А культура
содержания – происходящих в объекте процессов,
во времени, в динамической форме, –
проявляется в виде «чистоты»,
«прозрачности», «звонкости» колебаний
(в спектральной концентрированности энергии волновых составляющих
процесса) – то есть в гармонии
«звучания» (наиболее понятное сравнение, с волнами, находящихся в
звуковом диапазоне «слышимости» человека); или в виде «чистоты» цветов (волн в «оптическом» диапазоне - видимости глаза
человека) - например, свечения люминофоров в дисплеях или красок,
определяемых параметром «насыщенность
цвета», т. е. в гармонии
«свечения» (как, например, в
радуге, состоящей из чистых спектральных составляющих света, которые в
«каше» - в сбалансированном смешении – образуют «белый» цвет, т. е. свечение
одной «яркости», при отсутствии какого либо одного выраженного цвета,
преобладания одной спектральной составляющей /или двух, но всегда без
третьей, где имеются ввиду три основных цвета – красный, зеленый и синий/). |
|
Прим.
Насыщенный цвет может состоять также из двух волн, линий спектра, находящихся
по краям оптического диапазона, попадающих на два из трех рецепторов глаза
(красный, зеленый и синий), но важно, чтобы не было третьей компоненты,
образующей с первыми двумя – их частями, сбалансированный «белый» цвет, т. н.
«шумовую» яркостную подставку, снижающую спектральную чистоту цвета (или
добротность фильтра, полоса которого соответствует этой функции в
спектральной области, который имитирует в модели биообъект). |
|
*** |
|
Это «единство формы и содержания, которое подметили еще ученые
философы древности в своем одноименном
законе философии, а народные мудрецы в своих изречениях (например, «в здоровом теле – здоровый дух»),
хорошо отразил в известной у авиаторов фразе наш выдающийся соотечественник,
конструктор самолетов А. Н. Туполев,
который сказал: «Красивый самолет
обязательно полетит». |
|
А я бы добавил, на месте
нашего большого авторитета в области формирования оптимальных крон Романа Петровича Кудрявца,
выпустившего лучший (в стране, на мой взгляд) «Справочник по обрезке и формировке крон плодовых деревьев»,
выдержавший два издания в конце прошлого столетия: «Красиво сформированное дерево будет хорошо расти и плодоносить».
Романа Петровича, человека высочайшей эрудиции и выдающегося ученого в
области садоводства, с инженерным физическим мышлением и подходом, считаю
заочно своим главным учителем в садоводстве, ибо на его статьях и книгах я
стал «вдумчивым» садоводом (опытным себя не считаю, разве что только для
садоводов-любителей начального уровня) и начал использовать физические
подходы и попытки моделирования плодовых деревьев. Судьба могла меня свести в
ним в середине-конце 1990-хх, через его бывшего аспиранта, а тогда кандидата с-х. наук В. В. Омельчука,
защитившегося по грушам под его руководством и работавшего в ТХСА «правой
рукой» у В. И. Сусова, занимавшегося
практическими работами в Мичуринском саду. Тогда мы были с ним в коротких
приятельских отношениях, я ему рассказывал о своих первых попытках моделирования
деревьев, он мне помогал практически в закладке моего сада. Он, как практик,
был несколько далек от моих размышлений, но «уважал» и предложил встречу с Р.
П. Кудрявцом, однако я тогда был слишком «сырым» садоводом и постеснялся
встречаться. Вскоре он умер. |
|
|
|
8. Для плодового дерева, как
биообъекта, тоже существует прямая корреляция
между его формой кроны (и корневой системы – всегда подразумевается также) и степенью организации (уровнем
«культуры») происходящих в нем волновых процессов массо-энергетического обмена. При этом форма кроны отражает степень
гармоничности конструкции биообъекта в пространстве, а форма функции колебаний (имеющей вид синусоиды, с одним
периодом в течение сезона – в нашем рассматриваемом случае) отражает (своей «правильностью») степень гармоничности происходящих в
дереве обменных процессов во времени (отражаемых
«чистотой», т. е. «неискаженностью» – этой синусоиды, которая легче и
нагляднее определяется в спектральной области, где «чистая» синусоида не
имеет размывания боковыми модулирующими составляющими «шума», и представляет
собой одну «палку» /линию/ спектра). |
|
|
|
Таким образом, уровень культуры биообъекта «плодовое
дерево», отражается двумя способами. |
|
Во-первых, степенью гармоничности формы (конструкции)
кроны (в
пространстве, разумеется), что в
визуальной области проявляется в виде соразмерности (кратности) элементов
дерева – расстояний между узлами расхождения ветвей разных порядков; длины
ветвей каждого из порядков, равномерности заполнения ими кроны, в
вертикальной и горизонтальных плоскостях, а листьями – этих ветвей и всей
кроны; равенства высоты концов скелетных ветвей над землей; одинаковости
размеров листьев и плодов по объему кроны; в общем (максимально большом)
количестве листьев кроны при минимальной ее массе (общей, и особенно
непродуктивной) и т. п. |
|
|
|
[Заметим, что длины элементов
– прежде всего ветвей – меряются по расстояниям от корневой шейки, т. е. по
длинам волокон, в переменном масштабе, зависимо
от расположения в кроне и направления веток и самих волокон в пространстве. (См. далее «формулу Панарина» (31), для расчета пространственных периодов L, Lв, Lг, Lб для ветвей с различными
направлениями – наклона относительно земли, соответственно: вертикального
около земли Lo, вертикального на высоте Lв, горизонтального Lг и общего, произвольного «бокового» Lб - далее по тексту).
А связь «пространственной» (конструктивной) модели с «временной»
(функцией протекающих процессов массо-энерго обмена) моделью дерево
осуществляется через волну и скорость распространения центров сырой
массы (соков) по дереву в году, которая определяется как годовой прирост веток за время одного
сезона, в данной точке кроны.] |
|
|
|
Во-вторых, степенью «чистоты» линий спектра (относительной ширины т. н.
«палок спектра»). Здесь наиболее нагляден, понятен и легко измеряем параметр
дерева «уровень культуры», по форме спектра, найденной через
использование функции спектрального
преобразования Фурье в области «пространственных» частот (в отличие от временных,
«обычных» частот, используемых в «обычном» преобразовании Фурье в
частотно-временной области, «пространственная
частота» – это величина, обратная длине элемента в
пространстве, 1/L , а «пространственный»
период – это длина этого
элемента L, равная среднегодовому приросту дерева данного сорта
вверх - на уровне около земли, на малой высоте). Так вот, отношение энергии главных полезных
гармоник пространственного спектра к общей энергии этого спектра объекта (в
сумме с многочисленными побочными, промежуточными между основными линиями
спектра, лепестками или размытыми сплошными шумовыми составляющими «белого
шума» или «шума квантования» - в цифровых системах моделей) и есть коэффициент,
или параметр («добробротность» Q), отражающий и названный «уровень культуры» Ук. |
|
|
|
9. Этот параметр Ук=2Q прямо связан с КПД биосинтеза, для дерева в целом,
отражающий долю организованной части
процесса в общем обменном энергетическом процессе
жизнедеятельности дерева, через соотношение:
КПД д = Q /(1+Q) ( 30 ) |
|
Заметим, что в данном случае
под полезной продуктивностью
дерева считается вся производимая им биопродукция, «ростовая» (необходимая для поддержания жизни самого растения, в
технической интерпретации – мощность, выделяемая на внутреннюю нагрузку) и плодовая,
«выходная» (мощность, выделяемая на внешней
нагрузке). Оптимальное соотношение при этом 50 на 50 (процентов), тогда
дерево будет выдавать (регулярно) ежегодно максимальную мощность
(продуктивность), не «снашиваясь» от избыточной перегрузки или не додавая
урожай при недогрузке. |
|
|
|
Здесь этот параметр Ук («уровень культуры») отражает степень пространственной организации
кроны, ее настроенности в резонанс
на частоту сезонных колебаний окружающих условий жизни дерева (прежде всего, «энергетических» - тепловых
температур, а также светового облучения, и, разумеется, с учетом поступлений
естественной обильной влаги – в виде дождей, поскольку никакой искусственный
полив полностью дела не решает). И, таким образом, «усиления» этих колебаний
- связанного со способностью колебательной системы накапливать синфазную
энергию на протяжении числа периодов, определяемых «добротностью»
колебательной системы (контура в модели), для дерева – продолжительности
жизни. Параметр Ук можно определить опытному садоводу, на качественном
уровне, визуально по состоянию дерева, особенно если это сделать в двух его
крайних состояниях – в период максимальной облиственности (в середине лета) и
в период зимнего сна, когда хорошо виден скелет дерева, и все его достоинства
и недостатки. |
|
То есть параметр («уровень
культуры») характеризует степень
«гармонии» конструкции кроны с
природой, в частности, с ее
сезонными циклами (хотя этот параметр оценить не просто). А проявляется
эта гармония в экономности и
одновременно эффективности работы
кроны, по усвоению, с одной
стороны, (для самоподдержания жизни дерева), и, с другой – по переработке для
отдачи обратно во внешнюю среду, в виде плодов,
отработанной листвы, древесины – измеренных
в содержащейся в них энергии, в калориях) массо-энергетических ресурсов. |
|
|
|
10. Экономичность (экономность) Э работы кроны определяется
минимальным количеством энергии в год
(или мощности, среднегодовой, Рмин) для поддержания жизнедеятельности дерева (обратной
ее величиной Э=1/Рмин). Эффективность работы кроны определяется количеством выработанной растением за год
энергии (в химической форме, в
основном – в приросшей массе древесины
и плодов), т. е. ее общей
биологической продуктивности, или,
другим способом – мощностью
(интенсивностью) производства биопродукции, в ее сезонных пиках (обозначаемой
в модели Рмакс). (В практическом
садоводстве в параметре «продуктивность»
обычно учитывают только плодоношение,
«урожай», и тем более не учитывают прямо количество потребляемых
массо-энергетических ресурсов, ибо средне климатические постоянные условия,
дающие энергию деревьям, естественным путем, считаются само собой
«подразумевающимися», а вносимые удобрения – искусственный дополнительный
метод улучшения почв – тоже. Если бы параметр эффективность кроны трактовался
на практике и измерялся бы более «теоретически» строго, как отношение производимой за год
биопродукции к потребляемым массо-энергетическим ресурсам дерева - что определить намного
сложнее, то он бы точно отражал КПД
биосинтеза для дерева в целом, а заодно и точно бы соответствовал бы
параметру «уровень культуры»
дерева – при пересчете через формулу
(30).) Поэтому введение более строгого и общего «научного» показателя «уровень культуры» Ук представляется
чрезвычайно целесообразным и уместным, поскольку отражает («вынужденно»
одновременно) обе эти две важнейшие характеристики (работы) дерева, где «уровень культуры» определяется как произведение эффективности кроны на ее
экономичность: Ук=(Рмакс-Рмин)/2Рмин = примерно =
Рмакс/2Рмин. |
|
|
|
11. В-третьих, уровень культуры плодового дерева
можно определить и во временной
области, по параметрам функции процесса массо-энергетического обмена в
дереве в течение сезона Р=f(t). Для этого надо сначала определить,
опытным путем, параметры годового (сезонного) цикла дерева и по ним найти (а)
главную функцию-аргумент, зависимость
сокодвижения (аналог току в контуре, в модели) в течение сезона (под сокодвижением подразумевается не
просто течение соков, а перемещение
центра сырой массы дерева в течение сезона внизу вверх – при восходящих
потоках сокодвижения весной и в начале лета и обратно – при нисходящих, в
конце лета - начале осени). Затем, на ее базе построить вытекающие
зависимости: (б) для напряжений (прежде
всего на концах ветвей и корней),
(в) интенсивности (мощности) процессов обмена между массой и энергией, (г) потенциальной энергии в кроне и
корневой системе, (д) накопления массы, всего дерева и его элементов
(приращения) в течение сезона, (е) прироста толщины ствола дерева и ветвей в
кроне или толщины корней в течение сезона, (ж) распределения осмотического
давления (аналог напряжения в модели) по длине ветвей (в зависимости от
удаленности от корневой шейки в высоту - по вертикали и по горизонтали), а
также по радиусу сечения, (и т. п.). (См. работу «Волновые процессы в жизни
плодового дерева», она же под названием «Временная модель сезонного
массо-энергетического обмена в плодовом дереве», на наших садоводческих
сайтах). |
|
|
|
Затем перейти в спектральную
область, где можно проще определить параметр
«добротность» колебательной системы Q и через него найти параметр «уровень культуры». В
принципе – первого – Q, бывает достаточно - для
оценки уровня культуры, – что необходимо
для оперирования с мощностями процессов, которыми определяются основные
итоговые параметры плодового дерева – его продуктивность, (удельная
или простая) урожайность,
«интенсивность» сорта, и входящие в него компоненты – типа скороплодность, скорость наращивания урожая, активный и общий естественный срок жизни дерева, а также косвенные
– исходные, влияющие, взаимосвязанные - конструктивные параметры, например – размеры и компактность кроны (естественной или вкупе с искусственной) и
прочее. Умножать параметр Q в квадрате (Q х Q) еще на одно Q (отражающее долговечность
деревьев – период активного плодоношения, в общем показателе «уровень
культуры» дерева) – большого смысла нет, поскольку долговечность деревьев в
интенсивных садах не ценится, поскольку там гораздо важнее их продуктивность
на единицу площади и более важна эффективность использования наиболее ценного
и важного ресурса – пространства. |
|
|
|
12. Высокодобротные
колебательные системы «чисто», («хрустально» - есть такое выражение) звенят –
например, гитарная струна. Она, как известно – имеет определенную длину, и
соотношение с другими струнами, образующее кратные гармоники, издающие
красивые «аккорды». Аналогично, экономичная,
эффективная конструкция кроны дерева должна быть тоже высокодобротной, чтобы хорошо
«звенеть» в резонанс с волновым
сигналом природы (в виде цикличного воздействия температурой в течение сезона,
а также суточными изменениями – но они здесь, в данной статье, не
рассматриваются). Это проявляется в выборе деревом своих конструктивных
параметров (длин ветвей разных порядков, расстояний междоузлий и
разветвлений) таким образом, чтобы длина их волокон соответствовала – при
определенной скорости сокодвижения в дереве – длительности вегетативного
сезона. (С этим же связаны и прочие конструктивные закономерности, типа
относительных и абсолютных размеров пластинки листа, его плотности
древесины; «химическая», электрическая и механическая
«энерговооруженность» древесины и прочее). |
|
|
|
«Звенящие кедры России». Книга В. Мегрэ, популярного автора в определенных «узких» кругах,
«экологических» поселенцев в том числе.
Молодец, хорошо подметил (в этом названии) главный параметр,
отражающий «культуру» северных русских деревьев. (К его главным идеям, которые
боготворят его почитатели, я отношусь крайне скептически, но то другая тема). |
|
В зале отреставрированного
Большого театра использовались специальные породы дерева – северной медленно
растущей сосны, обладающей повышенной плотностью. Это придает стенам,
собранным из таких досок – необыкновенное отражение и акустические свойства.
Подобный механизм заложен и в скрипках Страдивари, где использовались особые
породы древесины и методы их обработки. |
|
|
|
13) Как определить параметр «уровень культуры» для плодового
дерева, в спектральной области, временных или пространственных частот,
(воспользовавшись для этого преобразованием Фурье для функции процесса
энергообмена в дереве или для пространственной конструкции /формы/ дерева –
кроны и/или корневой системы)? |
|
Напомним, что форма спектра
синусоиды есть одна «размытая» вширь спектральная линия, («палка», в
техническом просторечии), где боковые «паразитные» составляющие характеризуют
энергетические потери когерентного процесса. В этом случае, как уже
говорилось выше, «уровень культуры» такой колебательной системы будет
характеризоваться параметром ее добротность,
которая численно равна отношению
резонансной частоты к ширине ее «размытого» шумом (попадающим в полосу
пропускания колебательной системы) спектра,
называемого «полосой пропускания»,
измеренной по половине мощности. |
|
Заметим, что более узкая
полоса (при большей добротности контура) обеспечивает более качественную по
эффективности, то есть при меньших внутренних потерях, но при этом менее надежную работу резонансной
колебательной системы по «захвату» (и усилительной реакции) внешних волновых
воздействий с близкими частотами, попадающими в эту полосу; поскольку
выпадение внешнего воздействующего сигнала по частоте за пределы узкой полосы
сразу приводит к выходу системы из строя (она перестает усиливать, т. е.
накапливать внешний сигнал от периода к периоду - обычно полоса «пропускания»
колебательной системы меряется по уровню падения усиления по мощности в два
раза относительно максимального). Соответственно расширение полосы
пропускания (и реагирования, отклика) колебательной системы, (что имеет место
при меньшей ее добротности Q), приводит к увеличению ее надежности захвата,
(измеряемой коэффициентом «уровень
устойчивости» Ууст=Рмин), но
ценой снижения «добротности» Q, и «уровня культуры» Ук=2Q, характеризующих качество колебательной системы, и ее экономичности Э и КПД,
сопровождаемых увеличением внутренних потерь в ней. |
|
|
|
14. Добротность Q простой одноконтурной
колебательной системы можно оценить и другим способом – как отношение пиковой мощности основной
спектральной «палки» (в радиотехнике называемая мощностью «сигнала» Рс, в нашей модели эквивалентна Рмакс) к мощности шума Рш, попавшего в полосу пропускания системы,
которая определится как произведение спектральной плотности мощности шума No (обычно принятого «белым»,
каким является спектр импульсных помех), умноженный на полосу частот
пропускания системы (дельта f): |
|
Q = Рс/Рш=Рмакс/No(дельта f) |
|
Но поскольку минимальная
мощность сигнала, которая должна преодолевать шум, равна ему по величине, то
пороговую мощность Рс=Рмин=Рш называют
«чувствительностью» приемной системы. В нашей модели дерева кривая мгновенной мощности (интенсивности)
от времени представлена синусоидой, где минимальная мощность Рмин как раз и
соответствует мощности (внутренних) шумов колебательной системы «дерево», (выступающих
в роли постоянной подставки). Поэтому ключевой параметр добротность Q определится как: Q = Рмакс/2Рмин (коэффициент двойка появился для учета
разницы между средней и максимальной мощностью сигнала). |
|
|
|
В антенной технике параметру
добротность Q соответствует КНД (коэффициент направленности действия) антенны, который
определяется как отношение мощности в основном лепестке (луче) ДН (диаграммы направленности – функции от направления приема) Росн к мощности боковых лепестков Рб. При этом, анализируя функцию ДН,
боковые лепестки (пропорциональные по высоте/амплитуде уровню принятого
помехового сигнала с этих направлений), могут быть условно названы «шумом», и
тогда формулы записи для Q и КНД
совпадут: |
|
КНД =
Росн/Рб=Росн/Рш=Рс/Рш |
|
|
|
Конкретно для антенной решетки (АР), (с числом элементов N, например, для
определенности) которой мы моделируем
пространственную форму кроны, КНД будет
также можно определить через отношение ширины окна неоднозначности (которое в
относительных величинах составит число N, равное количеству
элементов решетки), к ширине
основного лепестка, по уровню половинной мощности, которая будет примерно
равна ширине бокового лепестка по нулевому уровню. Поэтому КНД будет примерно равна N (в предположении равномерной
расстановки элементов решетки, для простоты примера). |
|
|
|
15. Возможно, для описания
плодового дерева понадобится более сложная модель колебательной системы,
состоящая из двух или даже нескольких колебательных контуров (например, для
дополнительного учета неравномерности солнечного освещения в течение летнего
сезона, тогда нужен, будет еще один контур в модели дерева, настроенный на
середину сезона и имеющий период, равный 2Т, т. е. частоту в два раза ниже
используемой в моей одноконтурной модели).
В этом случае возникнут биения частот, и во временной области (сезонного
изменения интенсивности обменных процессов) возникнут более сложные
зависимости, чем простая (хоть и искаженная) синусоида. (Но необходимость
усложнения простой одноконтурной модели пока мне непонятна и кажется не
оправданной, и, на мой взгляд, на первом этапе моделирования вполне можно
обойтись предложенной одноконтурной, поскольку зимний период «спячки»
практически выпадает из жизни дерева. Не стоит также – поначалу - усложнять
модель включением в рассмотрение дополнительных внутренних контуров, которые
понадобились бы для подчеркивания большей концентрированности (временного
сужения) пиков роста и созревания - в наиболее культурных деревьях,
отличающихся особой одномерностью «наливания» плодов и их сбора. Про учет
лунных колебаний мне говорить смешно – по крайней мере, в рамках подобной
упрощенной модели.) |
|
|
|
16. Более интересна и сложна
пространственная модель, описывающая форму кроны дерева (потом можно
рассмотреть аналогично и форму корневой системы) – для описания которой
понадобится более сложная «многоконтурная» модель - но здесь колебательная
элементарная система будет совершенно другого типа – не состоящая из
эквивалентных «емкостей» и «индуктивностей», в роли который у дерева была (в
самой простой модели) листовая поверхность, волокна ствола и ветвей, и
сопротивление, учитывающее их потери, а «механическая» колебательная система
типа отрезка струны. Каждый такой элемент кроны (ветка между двумя
разветвлениями, например) может быть представлена как резонансная система,
имеющая свой пространственный период L. Соки, (аналоги токов в
модели), проходя по волокнам (от коревой шейки в крону и обратно – про корни
пока забудем) образуют пучности в местах соединений веток, и если волны сокодвижения
с обоих сливающихся равных потоков совпадают по фазе, наступает «резонанс»,
при котором напряжение (при равных потоках) возрастает (по амплитуде) вдвое,
а пиковая (мгновенная) мощность – в квадрате. Если элементы дерева кратны по
длине сосудов (от «нулевой» - как принято в пространственной системе
координат – точки, корневой шейки штамба), то волны сокодвижения складываются
в фазе, и «резонируют». Чем больше таких элементов, сгруппированных вокруг
одинаковых значений, тем больше эффект от «взаимоиндукции», (т. н.
синергетический» эффект), для данной пространственной волны. Разброс
(дисперсия, или квадрат СКО отклонения) значений матожидания
(среднестатистического значения) параметра длины элемента дерева или
пространственного периода L - есть ширина линии
пространственного спектра частот. |
|
|
|
Наиболее нас интересует пространственный период, отражающий
годовой (сезонный) цикл функционирования дерева. По сути – он будет равен (с
точностью до упрощенной модели) длине
годового прироста веток дерева L (заметим, имеющего разную
величину для разных точек кроны и направлений роста). Если представить объемную зонтичную конструкцию дерева, где
ветки первого, второго и последующих ярусов расходятся через
определенные, кратные периоду L, расстояния, таким образом, чтобы приблизительно
равномерно, по уровню освещенности по глубине кроны, заполнить весь ее объем
– то в спектральной области пространственных частот такой кроны будут иметь
место расширенные основные «палки» (пучности)
«организованного» спектра, между которыми будут пучности более мелких
биений - «шумов» процесса. |
|
|
|
«Уровень культуры» такого дерева
(его модели) будет равен отношению мощности в пике главных (полезных)
лепестков пространственного спектра частот,
к средней мощности малых лепестков в «окне неопределенности»; либо
величине отношения ширины частотного окна неопределенности к ширине основного
лепестка (по уровню 0,5 падения по мощности
обычно). Либо, что
представляется самым верным,
произведению двух параметров: обратной
величины от относительной ширины основного лепестка по напряжению, в
частотном окне неопределенности, на величину отношении максимального
напряжения в главном лепестке к среднеквадратичному уровню боковых лепестков.
(В радиолокации и антенной технике иногда используют отношение к наибольшему
из боковых лепестков, как наиболее опасному, по которому может попасть и
«захватиться» ложная цель. Однако, при
кратной расстановке элементов антенной решетки – могущей быть аналогом
пространственной модели плодового дерева – боковые лепестки имеют довольно
равномерную амплитуду, а при равном шаге расстановки для всех элементов – и
полностью равномерную. Поэтому вполне можно пользоваться среднеквадратической
величиной напряжения боковых лепестков.) |
|
|
|
17) Как объяснить повышение
экономичности колебательной системы с повышением ее добротности? Очень
просто: поскольку при этом повышаются напряжения на реактивных элементах –
емкости и индуктивности
(противоположные по фазе) - при равном энергетическом воздействии и
токе, то циркулирующая в них энергия в единицу времени (мощность)
увеличивается пропорционально квадрату от значения тока, а активные потери (в
эквивалентном сопротивлении потерь) растут только линейно, пропорционально в
первой степени. Поэтому отношение передаваемой (циркулирующей в системе)
мощности к мощности потерь увеличивается, или, что тоже самое, но с обратной
стороны – относительная мощность потерь (в самой колебательной системе) при
передаче равной энергии падает.
Аналогично тому, как уменьшаются потери в высоковольтной линии
передачи с повышением напряжения на линии (например, при переходе с
напряжения 250 КВ до 500 КВ потери на
линии, на «проводах» - при передаче равной энергии - падают в 4 раза). |
|
|
|
Или аналогично тому, как при повышении осмотического давления в более
культурном растении (в тех же карликовых
деревьях) уменьшает внутренние потери – при передаче равной энергии - на
сопротивлении «сосудов», пропорционально
квадрату повышения этого напряжения. Заметим также, что это сопровождается допустимым сужением
сосудов и уплотнением древесины, что приводит к меньшей массе дерева и большей
его экономичности, в
потреблении, за счет уменьшения расходов массы на собственно строение и
потребности дерева, оставляя относительно большую долю ее – производимой
биосинтезом массы - на плодоношение. (Прим. В карликовых деревьях, по сравнению с сильнорослыми, примерно в
полтора раза имеется выигрыш в удельных внутренних потерях, и,
соответственно, в экономической
эффективности и удельной
продуктивности). Естественно –
такая «интенсификации» жизненных
процессов приводит к ускоренному «износу» и старению биотканей и всего
организма, и, следовательно, к сокращению
его жизненного цикла – но эта «расплата» вполне терпима в случае жизни
растений в системе, где
своевременно заменяются одни слабеющие, стареющие, изнашиваемые биообъекты
другими, новыми. (Здесь, как раз, верно то, что сказал Стив Джобс: «Смерть
является самым лучшим изобретением жизни - поскольку позволяет ускорить ее
развитие»). Поэтому, кстати, в интенсивном
садоводстве, использующем деревья сокращенного («короткого») жизненного цикла, этот негативный фактор – снижения культуры отдельных деревьев
(из-за сокращения продолжительности жизни, а также упрощения конструкции и
общих размеров) – на фоне значительного повышения их удельной
продуктивности (пиковой урожайной «мощности»), рассчитываемый на систему «сад» в целом – практически не учитывается при экономической оценке садов –
поскольку потери в трудоемкости и стоимости замены садов намного менее важны
в промышленном садоводстве на ограниченных площадях, чем их предельная
интенсивность. (Труд людей, гораздо
менее ограничивающий фактор, чем возможности внешней природы – в настоящее
время, в большинстве высокоразвитых перенаселенных стран). |
|
|
|
Или аналогично тому, как у
старых людей, со ссуженными склерозом сосудами, поднимается давление, как
средство передачи достаточного количества крови (и питательных веществ органам)
с относительно меньшими потерями энергии. Конечно, достигается это путем
перегрузки сердца – главного «двигателя» кровообращения, и его ускоренного
износа – но такой ценой спасается весь остальной организм. |
|
|
|
|
|
21. РАССМОТРЕНИЕ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ ПО
УРОВНЮ КУЛЬТУРЫ КРОН |
|
С ФИЗИЧЕСКИХ ПОЗИЦИЙ - С
ПОМОЩЬЮ СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА |
|
В ОБЛАСТИ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ
ЧАСТОТ |
|
|
|
Интересно рассмотреть оптимальные «пространственные решетки»,
(объемные и для начала двумерные, плоскостные) при которых будет иметь место наибольший уровень культуры при
наименьшем количестве элементов (в данном случае – листьев), в заданных габаритах дерева. |
|
|
|
[Поскольку количество элементов – например, листьев, «живых молекул» биообъекта -
дерева – в единице объема есть
одна из главных характеристик культуры
плодового дерева, ибо характеризует «плотность»
жизни в единице пространства; а плотность
массы питательных элементов в почве, для корневой системы или энергетических элементов (солнечных
«зайчиков» - в полутени леса и/или собственной кроны – условно) в воздушном объеме кроны – есть
характеристика культуры окружающей
среды – подземной и надземной, то задача построение оптимальной формы
кроны (или корневой системы), обладающей максимальным
КПД в данных условиях – есть задача выполнения максимального
согласования дерева с окружающей средой - по уровню культуры (посредством его
формы и прочих параметров, определяющих его культуру)]. |
|
|
|
Такой пример-аналог есть -
это наша работа в «импульсной» лаборатории оборонного НИИ – в конце 60-хх
годов прошлого столетия, по оптимизации пространственной расстановки антенных
элементов - с целью обеспечения максимальной точности пеленгатора
(определяемой КНД – коэффициента направленности действия - антенной решетки)
при наименьшем количестве элементов и в ограниченных габаритах полотна
антенны ракеты или КА (космического аппарата, так именуют спутники военные).
Так, оптимальной получилась, (как мне запомнилось на всю жизнь и до сих пор
«снится по ночам»), расстановка для 4-х элементов на всех четырех антенных
полотнах «креста» – по закону простых
чисел: 1-2-3-4 – после испытаний большого множества законов их
распределения – логарифмических и показательных с различными степенями и
основаниями, тангенсовидного и других тригонометрических, экспоненциального,
простых чисел и прочих. Такая кратность шаговых расстояний позволяла получать
наиболее оптимальные диаграммы направленности, обладающие минимальной относительной шириной
главного лепестка, определяющего максимальную
угловую точность определения координат цели, при достаточно одномерных (а значит – минимальных по амплитуде и суммарной энергетике) боковых лепестках,
во всем секторе измерений («неопределенности», или «окна неоднозначности»),
что обеспечивало максимальную
надежность измерений. (Причем, насколько я сейчас понимаю, располагаться
они должны были, на симметричных по одной оси двух полотнах каждой пары,
зеркально по системе: 1-2-3-4- - 4-3-2-1.) |
|
Та ракета – с такой антенной
пеленгатора – пролетела 11 тысяч км и точно попала в цель, пробив «болванкой»
даже борт баржи, ее имитирующей (при том, что достаточно было точности около
1 км при использовании спецзаряда). По результатам испытаний директор НИИ и
его замы стали лауреатами Госпремий, начальники помельче, (мои
непосредственные – группы, лаборатории, отдела - авторы проекта) получили
премии и авторские за изобретение; я тогда выпал из списка семи авторов
изобретения, когда он «зашкалил» за предельную величину в семь человек - в
котором поначалу было 4 человека (о чем узнал лет через десять). Но не в том
суть – я счастлив уже тем, что у меня в жизни
была интересная работа, что редко кому дается пока на планете. А
главное здесь в том, что подтвердился принцип: «Самолет, который красиво выглядит – полетит» (помните, как сказал
А. Н. Туполев). В данном случае это относилось к расстановке антенных
элементов решетки: все «мутные», случайные - отсеялись, а красивые,
«аккордные», с четко выраженными нулями и хорошо сформированными одномерными
лепестками – остались, и выделился общий принцип отбора – кратности
(расстановки) и одномерности элементов. |
|
|
|
ххх |
|
|
|
Зачем я это говорю? Затем,
что только теперь, в «зрелые» годы,
когда появилась возможность (и время) думать, и возникла такая необходимость
– в применении тех знаний (и прочих, полученных позднее при других подобных
работах), пусть теперь уже в другой области – садоводства, я понял глубинный смысл тех полученных
результатов (а тогда я был всего лишь младшим техником, и одновременно
студентом вечернего ВУЗа, мне некогда было вникать в теорию, я просто
тщательно выполнял практическую экспериментальную работу, под руководством
своих непосредственных начальников; и мы шли к истине «на ощупь», ибо
компьютеров тогда еще не было: только-только появились к концу нашей работы -
один огромный, в два этажа центрального корпуса, куда ходили по записи на
месяц вперед наши девочки - программистки). И теперь я понимаю смысл «гармоничной» формы, и то, как она связана с наивысшей эффективностью (энергетической)
функционирования объекта или устройства. |
|
*** |
|
Применительно к многолетнему
взрослому плодовому дереву, которое можно считать (достаточно)
высокодобротной колебательной системой, (с периодом колебаний один год) - это
означает, примерно, что оптимальная крона должна иметь кратный шаг «точек»
(узлов) отхождений ветвей, разных порядков, которые будут иметь длины
расстояний (подводящих волокон), измеренные от корневой шейки штамба
дерева, подчиненные закону простых
чисел следующим образом. Например, при пяти ярусах скелетных ветвей
(«первого» порядка), расположенных по всей длине ствола дерева, от нижнего
яруса до кроны, расстояния между узлами будут подчинены закону:
5-4-3-2-1, где 5 – количество шагов в
длинах пространственного периода Lo – от земли до первой
отходящей ветки (или яруса, как у ели), 4 – расстояния от первого узла
(яруса) до второго, 3- расстояние от второго до третьего, 2 – расстояние от
третьего до четвертого, 1 – расстояние от четвертого до пятого, это уже на
периферии кроны. Итого получится 15 «шагов» (пространственных периодов» Lo), что равно высоте около 4,5
метров (при средней величине Lo = 30 см
- по объему кроны - высоте и удаленности от ствола.). |
|
|
|
Аналогично должны быть
распределены по длине боковых ветвей первого порядка узлы отхождения ветвей
второго порядка, (по закону 4-3-2-1), а от них, в свою очередь – более мелкие
ветки третьего порядка (по закону 3-2-1) и т. д. - (в одной горизонтальной
плоскости яруса получается конструкции типа снежинки). |
|
|
|
Однако здесь, в живой
природе, не все так просто и прямолинейно, как в технических устройствах.
Поскольку параметр Lo – характеризующий скорость перемещения
центров масс сырых веществ, не одинаков по объему кроны, в разных координатах
расположения элемента. Его величина меняется наиболее быстро в вертикальном
направлении (оси ординат Y в модели), затухая по мере приближения к критической предельной (по закону Lв/Lo = пропорционально =
(Нкр/Но – Но/Нкр), где Нкр –
предельная высота естественной кроны дерева, биологический параметр). |
|
В горизонтальном направлении
(по оси Х в модели) затухание
роста по длине ветки происходит гораздо медленнее (примерно, как минимум, на
порядок, чем по вертикали), что проявляется в величине годового прироста L г. При этом исходная
величина L го – для горизонтальной ветки, только начинающей
расти от вертикального ствола или ветки, во много раз, примерно на порядок,
меньше аналогичной величины пространственного периода (для условной ветки,
растущей) в вертикальном направлении L во, в этой же точке. |
|
|
|
Таким образом, получается
интересная картина: в начале образования ветки (или всего деревца из семечка)
они имеют сильное предпочтение в росте вверх. Но, по мере его быстрого
угасания, когда дерево становится взрослым и приближается к критической
высоте Нкр, начинает преобладать
(доминировать) горизонтальное направление роста (ветвей), причем не только
около главного ствола, но и на большом удалении от него - так как скорость
его затухания по длине ветви (волокон подводящих) много меньше, чем в вертикальном
направлении. Более того, верхние ветки могут начать расти и вниз (без потери
энергии, заметим), чтобы потом из них могли начать расти новые ветки вверх –
«волчки». В результате дерево наиболее полно занимает весь имеющийся у него
объем - как в верхней части кроны, так и в нижней, где при меньшей у его начальной
скорости роста боковых веток, они, зато, потом медленнее тормозят свой рост
по мере увеличения длины веток, и потому с возрастом дерева догоняют по своей
длине высоту дерева (так оно становится «разлапистым», широким, «кудрявым»).
Правильное дерево, на просторе, имеет в ширину габариты вдвое больше, чем в
высоту. |
|
|
|
Добавим для пояснения смысла
сказанного. По мере роста дерева вверх его физические (непроизводительные)
потери возрастают, и сил «жизни» растения данного сорта – уже не хватает для
его дальнейшего роста вверх. Однако тут, когда кончается возможность простого
(потому как линейного) количественного роста - вверх, внешняя природа
великодушно щадит дерево – давая ему «право» дополнительно, без особых
потерь, расти в стороны, (а концов его веток и вниз, образуя свисающую крону,
по типу березы, что я увидел за окном полчаса назад, когда обдумывал этот
вопрос, и тогда впервые понял великую «сермяжную правду» жизни и законы
природы, заставляющие ее это сделать – пригнуться ради выживания.). При таком
расширении дерева растет его «уровень культуры», (пропорциональный - в целом,
примерно - его «базе», которая равна количеству облиственных веточек годового
прироста, согласованно действующих, а в конечном итоге числу листьев, как
независимых минимальных элементов - «минидеревцев», каждое во своим волокном
и корневым всасывающим «волоском»), оно становится больше, сложнее по
структуре, более организованным, волновым, «резонансным», по сути «сложенным»
(в систему) из многих отдельных деревцев - элементиков (представляющее в
сумме длинное «многоэтажное» волоконце, состоящее из «элементарных» отрезков
длиной Lo – от корневой шейки, а
точнее – от соответствующего корешка – до листика). Если сравнивать такое
большое многолетнее дерево, (сформированное как веник из пучка таких
волокон), с «простым» линейным прутиком, однолеткой, или деревцем-прутиком из
лугового сада – то его «добротность» Q (параметр, отражающий
уровень культуры «сложенного» растения)
будет в количество лет дерева
раз больше (или, в упрощенной модели – в количество раз, насколько больше в дереве представлено
элементов, равных длине годового прироста – т.е. пространственному периоду /среднему по кроне/ L о ). |
|
|
|
Важно отметить, что объекты
живой природы устроены таким образом, что главные свои силы направляют туда,
где наиболее «трудно», по направлениям, где встречает наибольшее
сопротивление (в дереве - по вертикали, преодолевая главные силы
сопротивления земного притяжения – по подъему массы соков на высоту, плюс
собственно силы «трения» в сосудах; и лишь в меньшей степени по горизонтали,
в концы веток, где преодолеваются, при перемещении соков, лишь силы,
связанные с «сопротивлением» сосудов, которые на порядок по влиянию меньше
сил притяжения). Этот закон в биологии
носит название «апикального
доминирования» (превосходства в росте концевой почки, вследствие чего
ветки в первую очередь растут в длину, и наиболее сильно, с огромным
преобладанием – в высоту, если менять ее направление). Заметим, что, если
положить ветку горизонтально, то почки начнут произрастать вертикально и
практически все сразу, а если наклонить конец ветки вниз – то первой начнет
раскрываться нижняя по стволу почка. |
|
|
|
22. РАСЧЕТ ПРОСТРАНСТЕННЫХ
ПЕРИОДОВ L о - |
|
КАК ФУНКЦИИ ОТ МЕСТА
РАСПОЛОЖЕНИЯ ТОЧКИ РОСТА В КРОНЕ и
наклона ветви. «формула ПАНАРИНА» |
|
|
|
Для проведения корректного
спектрального анализа крон в области пространственных частот – требуются все
элементы дерева рассматривать в едином масштабе времени, фазе волны, которая
равна длине проходимого ею (центром массы годового прироста) пути за единицу
времени в данном направлении, в данной точке пространства кроны. Длина пути,
проходимого «массой» (сырого вещества прироста, условно названного «соком») будет
измеряться по длине подводящего волокна, от корневой шейки да данного места
ветки, листа). Однако скорость распространения (перемещения) волны в разных
местах кроны будет разная, (как и скорость прироста ветвей, которая отражает
длину пространственного периода L в месте ее расположения и по
которой, полученной экспериментально, можно определить этот параметр -
«плотность» «пространственной» волны - для любых данных направлений веток,
расположенных в любой точке объема кроны.).
|
|
|
|
Я попытался найти данную зависимость (пространственного периода L от места в пространстве кроны), использовав полученные ранее
зависимости интенсивности роста для разных высот и широт расположения
элемента (в соответствии со «вторым
законом Абакумова», учитывающим внутренние потери в дереве,
ограничивающие его рост). |
|
|
|
**** |
|
Лирическое отступление |
|
|
|
А помог мне в этом
«несчастный случай», когда позавчера у меня завис старенький компьютер, а в
результате, пока хотел сохранить отпечатанные за день «упорной» работы
материалы, нечаянно стер их – пока отбивался от заботливой жены, которая
заставляла лечь спать. Я так расстроился и разозлился на себя и весь мир, что
не мог спать и всю ночь думал, как исправить. И не зря, поскольку сильно
продвинулся в разработке своей модели. В результате проснулся с хорошей
идеей, как связать пространственный период для конструктивных элементов
дерева, расположенных в разных его местах, что имеет принципиальное,
важнейшее значение для модели, использующей спектральный анализ. Однако,
«ларчик» открывался не так просто, так что, сформулировав задачу, нарисовав
графически «эллипс значений» и попытавшись найти аналитическое выражение для
зависимости – я потерпел «фиаско» - не смог решить геометрическую задачку.
Промучился целый день, справочников по математике под рукой не было, а
результат был совсем близок, не давал отступить. |
|
И тут я вспомнил о своем
хорошем друге, «мы с ним родня по юности» (из песни Ю. Шевчука, моего
любимого рок музыканта, а главное – талантливого поэта и благородного
человека), Юре Панарине – математике. Мы долго работали на одном предприятии,
ЦНИИРЭС, одно время сильно дружили. Играли вместе в мини футбол за наше
отделение, на новом, только что созданном предприятии. Он был хороший разыгрывающий, а я «забивал»
голы с его подач, нападающим. Играть с
ним было одно удовольствие – не суетный, голова работала быстро, и мяч давал
без промедлений. Заняли мы тогда почетное второе место по предприятию,
приятно вспомнить «боевую молодость», когда колени от постоянной многолетней
сельхоз нагрузки стали «выпадать». Много раз вместе путешествовали, как-то на
автомобиле по Золотому русскому кольцу; и в экскурсиях от предприятия - по
городам и лучшим местам СССР. Он был страстный путешественник, объездил весь
СССР (за границу нас не выпускали с «оборонки»), вплоть до Камчатки. Из
одного такого путешествия по Алтаю он с моим братом привели мне по рогу оленя
(я тогда женился и «бултыхался» с семьей, пять лет никуда не ездил), которые
у меня с тех пор украшают коридор. Во время «катастройки» в стране, в 90-е,
когда наше предприятие практически закрылось (сократилось на 90%, остался
лишь директор с командой приближенных) – он сумел остаться работать – в
бухгалтерии, а мы с братом почти сразу уволились, и наши дороги разошлись.
Теперь он одинокий пенсионер, «охраняет квартиру» для детей, которые остались
у матери в «ближнем зарубежье», в Эстонии, заканчивают ВУЗы. По зимам, после
нового года, когда приходит время вспоминать друзей – встречаемся. |
|
Короче, позвонил я Юре, дал
«задание». С ходу принял, уточнил «вводные», и уже вечером дал мне решение
задачки. Действительно, оказалось все не так просто (что меня несколько
успокоило, что не совсем «дурак») – пришлось – даже ему, нашем «баллистику»,
обсчитывавшему орбиты спутников - воспользоваться справочником по математике
и решить пару квадратных уравнений, но зато получилась красивая формула,
которая «хорошо работает» (напомним - «как красивый самолет хорошо летает»):
я сразу проверил ее действие на примерах и убедился в этом. |
|
|
|
**** |
|
|
|
Эту формулу я назвал его
именем: «формула Панарина» (31), (см.
далее). Она связывает величину пространственного периода Lб, в произвольной точке объема кроны (с координатами Х и Y в - любой вертикальной плоскости), для любого направления роста боковых ветвей в вертикальной плоскости
(с углами отклонения веток по азимуту от нуля до 90 градусов) - с величинами пространственных периодов в
вертикальном (Lв) и горизонтальном (Lг) направлениях (по осям Х и Y в
модели) - для этой точки кроны. |
|
|
|
В свою очередь величины Lб и Lв, которые меняются в
зависимости от расположения элемента
(э) (растущей ветки) в кроне (от ее координат Хэ
и Yэ), уменьшаясь по мере отдаленности от корневой шейки
дерева по обеим координатам, относительно их (пространственных периодов)
максимальных величин Lво и Lго, в месте корневой шейки (условный «нуль» дерева, начало
координат), можно определить по следующим
формулам. |
|
|
|
Для вертикального
направления, оси Y, величина пространственного периода L в (длинная ось эллипса
зоны/области «пространственного периода», для разных направлений) составит: |
|
|
|
L в = L во (Нкр/Нэ - Нэ/Нкр) = L во (Yмакс/ Yэ - Yэ /Yмакс) (29) |
|
|
|
Где: Нкр = Yмакс – критическая (предельная) высота кроны (предельная координата Yмакс для дерева). При этом Нкр=Шкр х Ктр = Шкр / Кэл =Х кр х Ктр = Х кр/Кэл (см. обозначения
далее). |
|
|
|
Аналогично для горизонтальной
оси Х эллипса пространственного
периода (величина его короткой оси): |
|
|
|
Lг = Lго(Шкр/Шэ – Шэ/Шкр) = Lго[(Нкр х Кэл)/Шэ - Шэ/(Нкр х Кэл)] = Lго [(Yмакс х Кэл)/Хэ - Хэ/(Yмакс х Кэл)] = Lго [Хмакс /Хэ - Хэ/Хмакс] (30) |
|
|
|
Где: |
|
Шкр = Нкр х Кэл
= Yмакс х Кэл = Хмакс – критическая (предельная) ширина кроны, (в одну сторону – т. е.
ее половина, или длина боковой ветки) - она примерно на порядок больше, чем
критическая высота Нкр= Yмакс. |
|
Хэ, Уэ – горизонтальная и вертикальная координаты
элемента дерева (места, узла отхождения ветви). |
|
|
|
(Прим. Увеличение ширины
дерева также ограничено возможностями увеличения боковой ветки – в
горизонтальном направлении – факторами механической прочности конструкции
дерева: крепления в месте отхождения ветви, ее прочности на изгиб,
необходимостью наращивания дополнительной массы древесины для обеспечение
прочности ветви, которая, в свою
очередь, из-за собственного веса – требует еще большей прочности ветви и т.
п.. В данной же формуле эти факторы –
обеспечения требуемой прочности, и потери – на необходимое дополнительное
массо-образование – не учитываются, а учитываются лишь потери на «трение» в
сосудах, перемещению соков. Таким образом, данная формула верна полностью
лишь для растений «лианового типа» - типа виноградной лозы и отчасти дерева,
при креплении ветвей на горизонтальных шпалерах.) |
|
|
|
Где L г и L в – это оси эллипса «тела» пространственного периода, для разных
направлений, по основным ортогональным осям - Х и Y (в вертикальной плоскости
сечения кроны и, соответственно, плоскости рисунка); причем их отношение: L в / L г = К эл = 1/К тр - большей оси эллипса к меньшей – есть «коэффициент эллипсоидности» К эл (который для реальных деревьев
находится в пределах 10 – 30, и физически означает отношение потерь на распространение по вертикали вверх и по
горизонтали на такое же расстояние - вбок). Этот коэффициент, К эл - имеет обратную величину от т.
н. «коэффициента трения» в сосудах К
тр = 1/К эл, который связывает, по аналогии с механикой, силу
осмотического давления в клетках с силой «трения» - «сопротивления» сосудов
перемещению, (коэффициент К тр я
ввел в своих первых работах, неплохо «работает» - соответствует практике
роста деревьев). |
|
|
|
Физически (в реальном
растении) величина пространственного периода L, для «боковой»
ветки под произвольным углом,
обозначенная как Lб, будет отражать величину годового прироста в длину
ветки растения данного сорта (в данных природных условиях местности плюс
искусственно созданных), в зависимости от направления ее наклона относительно
вертикали (коэффициента наклона ветви
Кн, равного тангенсу азимутального угла «альфа» tga): наибольшее значение пространственного периода будет
для вертикального направления Lмакс= Lв – строго вверх, а наименьшее – для горизонтального Lмин = Lг (она, ветка, практически в ширину /в бок/ расти не
будет, если есть большой запас по высоте для роста по сравнению с «критической» (максимально возможной) высотой Нкр = Yмакс – кроны взрослого дерева,
достигшего своих предельных естественных размеров, а пробиваться будут
вертикальные побеги - «волчки» из всех почек, в первую очередь дальней, но с
очень малой разницей по сравнению с первой). Заметим, что абсолютная величина параметра L есть сортовой параметр, отражающий его биологическую силу роста, в данных условиях. Его можно определить
для реального дерева, наклоняя два одинаковых саженца однолетки под разными
азимутальными углами (от поверхности земли) – один пригибая до земли, а
другой оставить расти вертикально. Или, аналогично, проверить по двум веткам
на большом дереве, на одной высоте, лучше из разветвления – направив одну по
горизонтали, а вторую по вертикали, и проверить их годовой прирост в длину, а
затем сравнить и найти их отношение (это и будет Ктр=1/К эл). |
|
|
|
«Формула Панарина» записывается в следующем виде: |
|
|
|
Lб = произведение L в L г умножить на корень квадратный из отношения |
|
[ 1+Кн (в квадрате) ] /
[ L в (в квадрате) + Кн (в квадрате) L г (в квадрате)] (31) |
|
|
|
где: |
|
Lбо – пространственный период в направлении вдоль наклонной
боковой ветви, под азимутальным
углом альфа (буква греческого
алфавита), в нулевой точке, у
основания дерева, равный длине наклонной оси эллипса пространственного
периода в этой точке. |
|
Lб - пространственный период вдоль наклонной
боковой ветви, под азимутальным углом альфа,
в любой точке кроны дерева, для
элемента (ветви) э. |
|
Lво и Lго – пространственные периоды для ветвей с вертикальным и горизонтальным расположением, в нулевой точке, у основания дерева, соответственно. |
|
L в и L г – пространственные периоды для ветвей с вертикальным и горизонтальным расположением, в любой точке кроны дерева, соответственно. |
|
Кн – коэффициент наклона ветви, равный тангенсу азимутального угла «альфа» tg a. |
|
К эл
- «коэффициент эллипсоидности»,
равный отношению большей оси эллипса тела пространственного периода L в к меньшей - L г: К эл = L в /L г |
|
К тр – коэффициент «трения», условная величина,
введенная по аналогии с механикой, имеющая схожую физику – связывает величину
сил напряжения (осмотического давления)
в тканях дерева к силе «сопротивления»
сосудов перемещению соков: К тр =
1/К эл. |
|
|
|
Однако величина
пространственного периода, (в нашем определении его для дерева, как
расстояния перемещения центра сырой массы прироста, за год) – для разных
точек кроны меняется, поскольку по причине растущих физических потерь
биологических «жизненных» сил - по мере приближения точек (концов веток)
растущей кроны - вверх и вбок к периферии,
скорость роста (величина годового прироста) замедляется. Это приводит
к необходимости изменения масштаба (линейных измерений «пространственного
периода») по пространству (кроны) - происходящих во времени (едином для всех
элементов) процессов – в вертикальной плоскости по двум осям – X и Y, с разными коэффициентами
пропорциональности, отличными на величину К тр = 1/К эл. (в горизонтальной плоскости – только по радиусу
удаленности от центрального ствола R= X). |
|
|
|
Поэтому необходимо, для учета данного
фактора, ввести поправочную зависимость длины прироста ветки от места
расположение ее в кроне, (как это сделано и показано выше, в формуле Панарина (31) для входящих в
нее «аргументов», внутренних
параметров L в и L г). Скорость их уменьшения, по мере удаления места
расположения ветви по двум координатам от корневой шейки (основания) дерева,
может быть определена и учтена через те же физические «инструменты»
(объяснения), как это делалось мною ранее для нахождения «критических»
(предельных) величин по высоте и ширине дерева для роста его размеров, с
учетом внутренних физических ограничений на рост дерева, в условиях
притяжения Земли. Эту зависимость - падения эффективности кроны, (тоже
измеряемой относительным приростом ее массы за сезон), с ростом ее размеров,
по вертикали и горизонтали, что и приводило к автоматическому уменьшению
роста дерева – я назвал «Вторым
законом Абакумова» (см. первые разделы этой работы, в «Части первой»).
(По сути, я ничего не изобретал, никаких «паровозов», а только попытался
подвести «теоретическую базу», создать пригодную рабочую модель, позволяющую
рассчитывать реальные процессы, уже происходящие в дереве, и дающие те самые
малые приросты, по мере увеличения размеров дерева, в существующих деревьях,
о чем всем хорошо известно и привычно в наблюдениях. Свою «теорию» я подводил
под практические результаты, в развитии и поведении деревьев - «подгонял под
ответ», как говорят про изворотливых учеников.). |
|
|
|
Конец
3 части работы «О ФИЗИКЕ КУЛЬТУРЫ ПЛОДОВЫХ ДЕРЕВЬЕВ» |
|
|
|
Начало в частях 1, 2, окончание
в части 4 |
|
|
|
|
|
|
|
С уважением и благодарностью
за долготерпение Читателю. |
|
|
|
|
|
|
|
Абакумов Александр
Петрович
Москва
30.03.12.
|
|
|
|
Д. т. 8 499 200 58 44 моб. т. 8 499
722 60 97 моб.
т. 8 916 018 05 41 |
|
|
|
См. наши сайты: |
|
|
|
meshera.my1.ru садоводство |
|
www.abak47.narod.ru садоводство, публицистика, техника |
|
www.sad47.ucoz.ru -//- |
|
conception.my1.ru философия, публицистика, размышления |
|
|
|
адреса электронной почты: |
|
abak47&narod.ru abak4713&mail.ru |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|