高考申論題
114年
[技藝(選試陶瓷)] 工藝材料學
第 一 題
一、木材由於其纖維結構，因而強度在不同方向上有所差異。請說明木材在「順紋」（平行纖維方向）和「橫紋」（垂直纖維方向），其抗拉伸、抗壓力、抗剪切的強度表現。並以設計和製作原木桌椅為例，說明如何運用順紋或橫紋特性來確保結構的穩定性和耐久性？（20 分）
📝 此題為申論題
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看到此題，應先聯想木材微觀的「管胞與纖維結構」所造成的「各向異性（Anisotropy）」。接著，利用物理學中受力變形的原理，結構化對比順紋與橫紋在拉伸、壓縮、剪切上的強弱差異。最後，將這些科學數據對應到傳統木作的「榫卯工法」與「承重構件」設計上，展現理論與實務的結合。
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【破題】木材為天然的非均質材料，具備明顯的「各向異性（Anisotropy）」。由微觀結構來看，木材主要由平行生長於樹幹方向的中空管狀細胞（管胞與木纖維）組成，纖維間由木質素黏合。這種獨特的微觀構造，決定了其在宏觀上順紋與橫紋的巨大力學差異。 【論述】 一、 木材順紋與橫紋之受力強度比較
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木材各向異性力學性質
💡 木材順紋與橫紋在拉、壓、剪力下呈現顯著的強度差異與應用限制。
| 比較維度 | 順紋 (Parallel) | VS | 橫紋 (Perpendicular) |
|---|---|---|---|
| 抗拉強度 | 極大（纖維素受力） | — | 極小（木質素易剝離） |
| 抗壓強度 | 大（管胞如柱支撐） | — | 小（管胞易受壓潰縮） |
| 抗剪強度 | 小（易沿纖維滑動） | — | 大（須切斷纖維） |
| 家具實務 | 作桌腳、受力長向 | — | 應避免直接承重 |
💬木材結構設計應「避其短、用其長」，即受拉壓選順紋、防劈裂避順剪。
