Odunun mekanik dizaynı: Odun, ağaçların yapraklarını taşıyabilmek için pek çok yararlı özelliği birleştirmelidir. Sağlam olmalıdır ki ağaçlar kendi ağırlıkları altında eğilmesin; kuvvetli olmalıdır ki rüzgarların müthiş gücü karşısında ağaçların gövdesi kırılıvermesin; dayanıklı olmalıdır ki ağaçlar herhangi bir zarar gördüğünde dağılıvermesin; ve son olarak hafif olmalıdır ki kendi ağırlığı altında ezilmesinler. Yapay hiçbir malzeme bütün bunları yapamaz: plastikler yeterince sağlam değildir; tuğlalar çok zayıftır; cam çok kırılgandır; çelik çok ağırdır. Ağırlıklarına göre kıyaslandığında odun muhtemelen bütün malzemeler içinde, en iyi mühendislik özelliklerine sahiptir. Bu harika özellikleri, hücrelerin diziliş şekillerinden ve hücre çeperlerinin mikroskobik özelliklerinden ileri gelmektedir.

 

Hücrelerin düzenlenişi: Odun hücrelerinin % 90’ından fazlası birbirine sıkıca yapışmış ve dallarla gövde boyunca uzanan, ince tüplerden oluşur. Bu, suyun yapraklara taşınmasına yardımcı olduğu kadar, destek sağlamada da ideal bir durumdur. Ağaçlar genellikle eğici-bükücü güçlere karşı koymak zorundadırlar. Dalları, kendi ağırlıkları altında eğilmeye karşı koymak zorundadır ve dallarla birlikte gövde rüzgarın yandan eserek oluşturduğu eğme gücüne karşı koymak zorundadır. Bu eğici güçler aslında iç tarafta odunu, gövdeye veya dala paralel haldeki güçlere maruz bırakmakta ve konkav taraf baskılanırken konveks taraf uzatılmaktadır. Bu yüzden ağaç hangi tarafa eğilirse eğilsin, iç güçler her zaman hücrelere veya odunun çizgilerine paralel hareket eder.

 

Uzun, ince odun hücreleri güçlere karşı koymak için çok uygundur; konkav taraftaki hücreler tıpkı bir sütun gibi baskılanırken, konveks taraftakiler tıpkı halat gibi uzamaya karşı koyarlar. Sonuç olarak odun, damarları boyunca çok dayanıklı ve sağlamdır.

 

Odunun hücresel doğası ağaca başka bir nedenden dolayı da avantaj sağlar. Hücrelerin içlerinin boş olması nedeniyle, ağacın gövde ve dalları daha kalın olabilir. Ağırlıkça karşılaştırıldıklarında, tüpsü yapılar yekpare yapılardan daha kuvvetlidirler; bu yüzden mühendislik yapılarında sıklıkla tüpler kullanılır.

 

Işınlar: Hücrelerin gövde boyunca dizilmesinin potansiyel bir dezavantajı vardır. Odunu gövdeye paralel olarak yarmak çok kolaydır. Ancak ağaçlar açısından bu çok büyük bir sorun değildir, çünkü ağaçlar neredeyse hiçbir zaman güçlere bu açıdan maruz kalmazlar. Ektsra bir önlem olarak, büyüme halkaları arasındaki odunun yarılmasını önlemek için ışın adı verilen ve gövdede radyal (iç içe daireler) şeklinde düzenlenmiş hücre sıraları bulunur. Işınlar odunu bir arada tutarlar. Ağaçların toprak üstü kısımları temel olarak iki kısımdan oluşur: Sert ve sağlam bir gövde ile dallar ve yaprakları içeren bir taç. Sertlik ve esneklikten oluşan bu kombinasyon ağaçların ayakta kalmalarında anahtar rol oynar. Ağaçlar hiçbir zaman kendi ağırlıkları altında ezilip yıkılmazlar. Onları yıkacak bir şey varsa o da muhtemelen rüzgar ve bazı durumlarda da kar olacaktır.

 

Rüzgara karşı koyma: Ağaçlarda genelde tek bir gövde bulunur. Çünkü eğilmeye karşı koymada tek, kalın bir gövde birkaç tane ince gövdeden daha iyidir. Sonuç olarak, bir tek gövde minimum odun kullanarak yaprak ve dallardan oluşan bir tacı taşıyabilir. Buna ilaveten, ağaç gövdeleri yukarı doğru gittikçe incelirler. Yani eğici güçlerin en kuvvetli olduğu en alt kısım gövdenin en kalın olduğu yerdir. Bu da kullanılan odun miktarını minimize etmede yardımcı olur.

 

Hücre çeperlerinin yapısı: Hücre çeperleri, odunun mekanik özelliklerini artıran kompozit bir malzemeden yapılmıştır. Bir matriks içine gömülü çok küçük selüloz mikrofibrillerden oluşurlar. Selüloz fibriller malzemeyi sertleştirip sağlamlaştırırken matriks fibrilleri korur ve kırılmalarını engeller. Bu, kompozit malzemeye yüksek bir sağlamlık ve güç kazandırır. Hücre çeperlerinin içine gömülü fibrillerin düzenlenişi odunu daha da sağlam hale getirmektedir. Bu özel düzenleme sonucu oluşan yüzeyler çok büyük miktarda enerjiyi absorbe eder ve bu da odunu fiberglastan bile daha sağlam hale getirir. Bu mekanizma, yalnızca odunun damarlar boyunca kesildiği durumlarda etkilidir. Ancak yine de odundan yapılan teknelerin neden fiberglaslara oranla daha sağlam olduklarını açıklar. Olgun ağaçların gövdeleri rüzgara karşı koymada çok sert ve kırılgandır. Neyse ki dallar ve yapraklar çok daha ince olduklarından, ağacın taç kısmı eğilip bükülebilmektedir. Taç kısmının bu davranışı gövdeye iletilen aerodinamik sürtünme kuvvetlerinin azaltılmasını sağlar. Rüzgar tüneli deneyleri, bu tekrar yapılanma işleminin, yüksek rüzgarda beş metrelik bir çam ağacına uygulanan kuvveti üçte bir oranına düşürdüğünü göstermiştir. Palmiyeler rüzgarda neredeyse tamamen eğilebilirler, böylece en güçlü fırtınalara bile dayanabilirler. Yaprakları sonbaharda dökülen ağaçlar, rüzgarda tüp oluşturacak şekilde kıvrılır ve sürtünme kuvvetini büyük ölçüde azaltan yapılar oluştururlar. Yaprakları sert olan ağaçlarda ise, yapraklar dallara doğru bastırılır ve yine sürtünme kuvveti azaltılır.

 

Kök sisteminin mekanik dizaynı: Taç kısmının tekrar yapılanmasına rağmen ağaçlar, büyük rüzgar kuvvetlerini gövdelerine ve kök sistemlerine iletirler. Ancak, çoğu ağacın kök sistemi onları sağlam bir şekilde toprağa sabitleyecek şekilde dizayn edilmiştir.

 

Genç ağaçların kök sistemlerinin büyük bir kısmını ana kök oluşturur. Bu kökler ağaçları direk olarak bir kazık gibi toprağa sabitler. Ana kökten yan taraflara çıkan ince kökler, ekstra destek sağlayarak bir çadırın ipleri gibi iş görürler ve ana kökün dönmesini engellerler.

 

Ağaçlar yaşlandıkça ana kökler önemini kaybetmeye başlarlar. Yan kökler daha uzun ve kalın hale gelirler ve gittikçe dallanarak toprakta tacın genişliğince uzanan bir kök ağı oluştururlar. Yan kökler besin maddesi alınmasında çok iyi iş görürken, kuraklıkta su alımında ve ağaçları yere sabitlemede çok iyi değillerdir. Ağaçlar bu eksikliği, genellikle gövdeye yakın yerlerden çıkan ve yan köklerden aşağı doğru dik olarak büyüyen ince kökler sayesinde aşarlar. Bu kökler öylesine önemlidir ki; aşırı sulama gelişmelerini engellediğinde, ağaçlar dengesiz hale gelebilir. Her zaman her yerde gördüğümüzden olsa gerek, oduna hak ettiği değeri vermiyoruz. Bundan sonra sobaya atıp yakarken, odunun nasıl olağanüstü bir mühendislik harikası olduğunu düşünün!