Propiedades ópticas
Se refieren a la reacción del material cuando la luz incide sobre él. Así tenemos:
Materiales opacos, son aquellos que no permiten que la luz los atraviese
Materiales transparentes, son aquellos que dejan pasar la luz
materiales translúcidos, son aquellos que permiten que la luz los atraviese parcialmente, pero no dejan ver nítidamente a través de ellos.
Existen otros materiales sensibles a la luz como por ejemplo las placas solares que producen electricidad y también existen aquellos materiales que reaccionan químicamente con la luz como las películas fotográficas, etcétera
Propiedades térmicas
Describen el comportamiento de un material frente al calor, por ejemplo conductividad térmica. Por lo general, los metales son buenos conductores del calor, mientras que el algodón, la lana, el plástico, etc. son malos conductores de calor, por este motivo se usan como aislantes térmicos
Propiedades magnéticas
Es la capacidad que tiene un material para ser atraído por un imán, también la posibilidad de transferir las propiedades magnéticas del imán al material. Por ejemplo el hierro y sus aleaciones.
Propiedades químicas
Se refiere a la resistencia a la oxidación y a la corrosión, especialmente en los metales, ya que todos ellos sufren algún grado de oxidación. por ejemplo el hierro y sus aleaciones se oxidan con bastante facilidad en contacto con la humedad.
Propiedades mecánicas
Están relacionadas con la forma en que reaccionan los materiales cuando actúan fuerzas sobre ellos. Las más importantes son:
Elasticidad
Capacidad que tienen algunos materiales para recuperar su forma, una vez que ha desaparecido la fuerza que los deformaba.
Plasticidad
Habilidad de un material para conservar su nueva forma una vez deformado. Es opuesto a la elasticidad
Ductilidad
Es la capacidad que tiene un material para estirarse en hilos (por ejemplo, cobre, oro, aluminio, etcétera)
Maleabilidad
Aptitud de un material para extenderse en láminas sin romperse (por ejemplo, aluminio, oro, etc.). Aluminio
Dureza
Oposición que ofrece un cuerpo a dejarse rayar o penetrar por otro o, lo que es igual, la resistencia al desgaste
Fragilidad
Es opuesta a la resiliencia. El material se rompe en añicos cuando una fuerza impacta sobre él
Tenacidad
Resistencia que opone un cuerpo a su rotura cuando está sometido a esfuerzos lentos de deformación
Fatiga
Deformación (que puede llegar a la rotura) de un material sometido a cargas variables, inferiores a la de rotura, cuando actúan un cierto tiempo o un número de veces.
Maquinabilidad
Facilidad que tiene un cuerpo a dejarse cortar por arranque de viruta
Acritud
Aumento de la dureza, fragilidad y resistencia en ciertos metales como consecuencia de la deformación en frío
Colabilidad
Propiedad que tiene un material fundido para llenar un molde
Resiliencia
Resistencia que opone un cuerpo a los choques o esfuerzos bruscos
Esfuerzos físicos a los que pueden someterse los materiales
Cuando una fuerza actúa sobre un objeto, tiende a deformarlo. La deformación dependerá de la dirección, sentido y punto de aplicación donde esté colocada esa fuerza. Los distintos tipos de esfuerzos a que pueden estar sometidos los cuerpos, independientemente de su material y forma, son: tracción, compresión, flexión, torsión, cortadura y pandeo.
Tracción: La fuerza tiende a alargar el objeto y actúa de manera perpendicular a la superficie que lo sujeta
Compresión: La fuerza tiende a acortar el objeto. Actúa perpendicularmente a la superficie que la sujeta
Flexión: La fuerza es paralela a la superficie de fijación. Tiende a curvar el objeto
Torsión: La fuerza tiende a retorcer el objeto. Las fuerzas (que forman un par o momento) son paralelas a la superficie de fijación.
Cortadura: La fuerza es paralela a la superficie que se rompe y pasa por ella. (corte con tijera)
Pandeo: Es similar a la compresión, pero se da en objetos con poca sección y gran longitud. La pieza «se pandea». (un serrucho)
Introducción a los ensayos de materiales
Con objeto de averiguar si un material es más adecuado para soportar alguno o varios de los esfuerzos estudiados anteriormente, se le somete a una serie de pruebas en las que se determinan cada una de las propiedades mecánicas, así como la resistencia a un determinado esfuerzo.
Ensayo de fatiga:
Consiste en hacer girar rápidamente una probeta normalizada del material a analizar, al mismo tiempo que se deforma (flexión) debido a la fuerza F.
Al número de revoluciones que ha girado antes de romperse se le llama límite de fatiga
Ensayo de dureza:
Consiste básicamente en ejercer una determinada fuerza con un diamante o bola de acero sobre la pieza a analizar y ver las medidas de la huella dejada.
Luego se aplica una fórmula y se calcula el grado de dureza. Las escalas más importantes son: Brinell y Rockwell
Ensayo de resiliencia:
Consiste en determinar la energía necesaria para romper una probeta normalizada del material a analizar, mediante un impacto. Se usa un péndulo (Péndulo de Charpy) que lleva una velocidad de entre 5 y 7 m/s. Para calcular esta energía se anota la altura a la que se suelta. Ésta será una energía potencial. Después de haber roto la probeta, la energía sobrante hará ascender el péndulo un ángulo .
Criterios para la elección adecuada de materiales
La elección adecuada de un material para una aplicación concreta no es una tarea fácil. Exige un gran conocimiento de las propiedades de un elevado número de materiales, el tipo de esfuerzos a que pueden estar sometidos y cómo se deben diseñar las piezas del conjunto para que resistan mejor esos esfuerzos.
Propiedades que deben cumplir los materiales
* Los ingenieros y diseñadores deberán tener un profundo conocimiento sobre las propiedades de los distintos materiales que puedan emplear para la fabricación de objetos. De esta manera, en un momento determinado, sabrán elegir mejor cuál es el material idóneo para una aplicación concreta.
* Por ejemplo, en el sector textil la elección de un material para la fabricación de pantalones deberá contemplar varias propiedades:
elasticidad, que no se deteriore a temperaturas medias o elevadas (cuando se lave), resistencia al rozamiento, que sea agradable al tacto, etcétera.
* Pero esto no acaba aquí, porque, además, deberá tenerse en cuenta a quién va dirigido el producto. Así, si el pantalón va dirigido a niños de corta edad o bebés, deberán prevalecer las propiedades de agradabilidad al tacto frente a las de resistencia y durabilidad, que serían más adecuadas para edades superiores.
Tipos de esfuerzos:
* Cuando se diseña un producto hay que averiguar a qué tipos de esfuerzos físicos puede estar sometido durante su uso. Siempre se deben suponer las condiciones más desfavorables.
* Por ejemplo, si una silla debe soportar el peso de una persona de 80 kg, se puede considerar que en algún momento podría haber más de una persona encima, como es el caso de un adulto y varios niños.
* Los esfuerzos a que estarán sometidas cada una de las piezas dependerá del lugar y dirección en el que actúen las fuerzas. Además, una misma pieza u objeto puede verse sometida a diferentes tipos de esfuerzos simultáneamente, como es el caso del trampolín de la Figura. Ahí se originan dos tipos de esfuerzo simultáneo: torsión (que tiende a retorcerlo) y flexión (que tiende a curvarlo).
Diseño de piezas:
* El próximo curso, en la asignatura de Mecánica, estudiarás que un mismo material, dependiendo de que tenga una forma u otra, según la dirección de la fuerza que actúa sobre él, resistirá mejor o peor los esfuerzos.
* Por ejemplo, utilizando el mismo tablón de madera para cruzar un pequeño canal, si se coloca según aparece en la imagen superior de la Figura 8.7 resistirá mejor que cuando se coloca como en la viñeta inferior de la misma figura.