PROPIEDADES FÍSICAS Y MECÁNICAS DE LOS MATERIALES

ÍNDICE

1. ELASTICIDAD
2. PLASTICIDAD
3. DUREZA
4. FRAGILIDAD
5. RESISTENCIA
6. RESILIENCIA
7. FATIGA
8. CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA
9. CONDUCTIVIDAD TÉRMICA

ELASTICIDAD

Es la capacidad de algunos materiales de deformarse ante una fuerza y volver a su forma original cuando esta fuerza cesa.
Designa la propiedad mecánica de ciertos materiales de sufrir deformaciones reversibles cuando se encuentran sujetos a la acción de fuerzas exteriores y de recuperar la forma original si estas fuerzas exteriores se eliminan.

LEY DE HOOKE

Los materiales elásticos tienen un punto en el que dejan de ser elásticos y pasan a ser plásticos, es decir, al ejercerles una fuerza no vuelven a su punto inicial, sino que la deformación es permanente. El punto de no retorno se llama "límite elástico" y cada material tiene el suyo, por ejemplo, una goma de pelo tendrá más elasticidad que un vástago de acero, y por tanto habrá que estirarlo más que el vástago para llegar a su limite elástico.
La elasticidad de un material se puede medir mediante la Ley de Hooke, que establece que el alargamiento unitario que experimenta un material elástico es directamente proporcional a la fuerza aplicada.
Un ejemplo de materiales elásticos son las gomas elásticas, los muelles...etc.
 

PLASTICIDAD

Es la capacidad de deformación permanente de un material sin que llegue a romperse. La plasticidad de un material abarca desde que se sobrepasa su límite elástico hasta justo antes de la rotura del material.

La mayoría de los materiales tienen propiedades elasto-plásticas, es decir, que primero experimentan una fase de elasticidad hasta su punto de límite elástico, entonces entra en juego la plasticidad (que puede ser mayor o menor, dependiendo del material) hasta su rotura. Un material que tenga un comportamiento perfectamente plástico es más difícil de encontrar, este comportamiento implica que hasta la más mínima tensión produzca una deformación irreversible. Este comportamiento lo podemos encontrar en la arcilla de modelar y la plastilina.

Hay otros materiales que además presentan plasticidad con endurecimiento y que necesitan esfuerzos progresivamente más grandes para aumentar su deformación plástica total.

DUREZA

La dureza es la oposición de un material a ser penetrado o rayado superficialmente. También es la capacidad que tiene un material a absorber un esfuerzo antes de romperse o deformarse.

Para el ensayo de penetración de los metales se utiliza un durómetro que mide la dureza de los materiales. Dependiendo de que punta le pongas y de la fuerza que ejerce sobre el material que va a ser ensayado, existirán diferentes escalas para los distintos rangos de dureza. Este tipo de ensayo se relaciona con el ensayo de tracción aunque el de dureza este más extendido por ser un ensayo más económico y rápido.

Hasta la aparición de la primera máquina para la determinación de la dureza, ésta se media de forma cualitativa empleando una lima de acero templado, por ser el material mas duro que se empleaba en los talleres de entonces.

Actualmente existen muchas escalas para medir la dureza como:

1. Dureza de Brinell.
2. Dureza de Knoop.
3. Dureza de Rockwell.
4. Dureza Rosiwal.
5. Dureza Shore.
6. Dureza Vickers.
7. Dureza Webster.

Actualmente existe una lista que ordena distintos materiales en función de su dureza, se le denominó escala de Mohs. La escala de Mohs es una relación de 10 minerales ordenados por su dureza de menor a mayor. Se basa en que un material mas duro puede rayar a un material más blando, y no al revés.

Mohs eligió 10 minerales a los que atribuyó un grado de dureza en su escala empezando con el talco, que recibió el numero 1, y terminando con el diamante, al que asignó el número 10. Cada material raya a los que tienen un número inferior a él, y es rayado por los que tienen un número igual o superior al suyo.

FRAGILIDAD

La fragilidad es la cualidad de un material de romperse o fracturarse con facilidad ante una escasa deformación. La fragilidad es lo contrario a la ductilidad, puesto que la ductilidad es la resistencia de un material a soportar varias deformaciones sin romperse, generalmente deformaciones plásticas y progresivas.

Es una equivocación creer que la dureza es opuesto a la fragilidad, ya que la dureza mide el rayado superficial que totalmente independiente de si ese material cuando se fractura tiene deformaciones grandes o pequeñas. Por ejemplo el diamante es el material más duro que se existe y es extremadamente frágil.

Unos ejemplos de materiales frágiles son los vidrios comunes, algunos materiales cristalinos, los materiales cerámicos y algunos polímeros.

RESISTENCIA

La resistencia de un elemento se define como su capacidad para resistir esfuerzos y fuerzas aplicadas sin romperse, adquirir deformaciones permanentes o deteriorarse de algún modo.

Un modelo de resistencia de materiales establece una relación entre las fuerzas aplicadas, también llamadas cargas o acciones, y los esfuerzos y desplazamientos inducidos por ellas. Normalmente las simplificaciones geométricas y las restricciones impuestas sobre el modo de aplicación de las cargas hacen que el campo de deformaciones y tensiones sean sencillos de calcular.

Para el diseño mecánico de elementos con geometrías complicadas la resistencia de materiales suele ser insuficiente y es necesario usar técnicas basadas en la teoría de la elasticidad o la mecánica de sólidos deformables más generales. Esos problemas planteados en términos de tensiones y deformaciones pueden entonces ser resueltos de forma muy aproximada con métodos numéricos como el análisis por elementos finitos.

RESILIENCIA

Se le llama resiliencia de un material a la energía de deformación que puede ser recuperada de un cuerpo deformado cuando cesa el esfuerzo que causa la deformación. La resiliencia es igual al trabajo externo realizado para deformar un material hasta su límite elástico.

Tiene que ver con la tenacidad, pero se diferencia en que la tenacidad cuantifica la energía almacenada por el material antes de romperse, mientras que la resiliencia tan sólo da cuenta de la energía almacenada durante la deformacón elástica. La realción entre resiliencia y tenacidad es generalmente monótona creciente, es decir, cuando un material presenta mayor resiliencia que otro, generalmente presenta mayor tenacidad. Sin embargo, dicha relación no es lineal.

La resiliencia es la capacidad de almacenar energía en el periodo elástico, y corresponde al área bajo la curva del ensayo de tracción entre la deformación nula y el límite de fluencia.

FATIGA

Se refiere a un fenómeno por el cual la rotura de los materiales bajo cargas dinámicas cíclicas se produce más fácilmente que con cargas estáticas. aunque es un fenómeno que, sin definicón formal, era reconocido desde la antigüedad, este comportamiento no fue del interés real hasta la Revolución Industrial, cuando, a mediados del siglo 19 comenzaron a producir las fuerzas necesarias para provocar la rotura por fuerzas dinámicas son muy inferiores a las necesarias en el caso estático; y a desarrollar métodos de cálculo para el diseño de piezas confiables. Este no es el caso de materiales de aparición reciente para los que es necesaria la fabricación y el ensayo de prototipos.

1. Denominado ciclo de carga repetida, los máximos y mínimos son asimétricos con respecto al nivel cero de carga.
2. Aleatorio: el nivel de tensión puede variar al azar en amplitud y frecuencia.

CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA

La conductividad eléctrica es medida de la capacidad de un material de dejar pasar la corriente eléctrica, su aptitud para dejar circular libremente las cargas eléctricas. La conductividad depende de la estructura atómica y molecular de un material, los metales son buenos conductores porque tienen una estructura con muchos electrones con vínculos débiles y esto permite su movimiento. La conductividad también depende de otros factores físicos del propio material y de la temperatura. Hay dos tipos de conductividad:

• Conductividad en medios líquidos.
• Conductividad en medios sólidos.

CONDUCTIVIDAD TÉRMICA

Es la propiedad física de los materiales que mide la capacidad de conducción de calor. En otras palabras la conductividad térmica es también la capacidad de una sustancia de transferir la energía cinética de sus moléculas adyacentes o a sustancias con las que no está en contacto.

La conductividad térmica es una magnitud intensiva. Su magnitud inversa es la resistividad térmica que es la resistencia que tiene un cuerpo al paso del calor.