MATERIALES COTIDIANOS Y PROPIEDADES MECÁNICAS

Miguel Arráiz Fernández

Grupo A - Curso 2015/2016

Universidad de La Rioja

MATERIALES COTIDIANOS Los tres materiales de carácter cotidiano y pequeño tamaño que he elegido para la

realización de esta práctica son: una pelota de ping pong de plástico, un vaso de vidrio y

una llave de aluminio. Pasaré ahora a describirlos brevemente, indicando sus

características mecánicas más reseñables.

Pelota de ping pong. PLÁSTICO:

En primer lugar definimos que se entiende por plástico, material del que está compuesto

este primer objeto:

Los plásticos son sintéticos denominados polímeros, formados por moléculas cuyo

principal componente es el carbono. Como norma general, tenemos que los plásticos

son más ligeros y mucho más fáciles de moldar que los metales, y mantienen una

resistencia a las deformaciones aceptable. Los tipos de plásticos más utilizados en la

actualidad son: poliestireno, resinas fenólicas, polipropileno y resinas úricas.

Los plásticos se pueden fabricar a partir de productos artificiales, que se elaboran a

partir de productos naturales; y productos sintéticos, que se elaboran a partir de

productos creados por el hombre.

Los materiales plásticos se definen como un

conjunto de materiales de origen orgánico. Son

obtenidos artificialmente en su mayoría a partir

de productos del petróleo, aunque también

pueden obtenerse a partir de carbón, gas

natural, materiales vegetales (celulosas),

proteínas, etc. Además, es necesario que en

alguna fase de su fabricación hayan adquirido

la suficiente plasticidad para darle forma y

obtener los productos deseados.

Los plásticos pueden poseer varios componentes tales como la materia básica de la que

están formados, (se puede usar la celulosa, resina o poliuretano entre otros); las cargas,

que se añaden a la materia básica para mejorar sus propiedades físicas, químicas o

mecánicas (se utilizan fibras textiles, papel o sílice entre otros); los colorantes, con los

que se consigue el color deseado en el producto final; y los catalizadores, que aceleran

las reacciones químicas del proceso de fabricación del material.

En cuanto a los tipos de plásticos podemos dividirlos atendiendo a dos criterios.

Si los dividimos según la procedencia de la materia prima tenemos plásticos naturales y

sintéticos, siendo estos últimos los más usados en el mundo actual, dado su mayor

número de aplicaciones.

Por otra parte podemos dividirlos según sus propiedades, encontrándonos de nuevo con

dos tipos diferenciados, los termoplásticos y los termoestables.

Los termoplásticos son aquellos que al ser calentados a temperaturas de entre 50 y

200ºC vuelven a un estado de plasticidad que les permite ser moldeados. Por lo tanto,

este tipo de plásticos se pueden reciclar y formar otros nuevos objetos. Los

termoplásticos tienen a temperatura ambiente una forma sólida, y cuando se calientan,

se ablanda y se puede moldear de nuevo con una forma distinta a la anterior. Por lo

tanto, estos plásticos son flexibles y resistentes a los golpes.

Termoestables: son aquellos plásticos que una vez moldeados por medio de calor, no

pueden modificar su forma. Son duros, y a su vez son frágiles. Estos plásticos se pueden

comparar con la arcilla, que una vez endurecida debido al calor, no es posible que

vuelva a adquirir una forma maleable.

En nuestro caso particular de la pelota de ping pong lo que tenemos es que está

fabricada con celuloide, un plástico termoplástico.

Este es el material que se usaba en la fabricación de películas de cine y de fotografía. El

celuloide es un material ligero y resistente; y que tiene múltiples usos por su fácil

elaboración y gran resistencia. Sin embargo, no se puede someter a este material a

inyección ni compresión.

Ya en 1890, las pelotas de ping-pong se fabricaban de este material y no ha cambiado

desde entonces. El celuloide es nitrato de celulosa, un sólido con apariencia de algodón

que, de hecho, se obtiene a partir de un proceso que implica el algodón, el ácido

sulfúrico y el ácido nítrico. Estos son ingredientes también implicados en la obtención

de nitroglicerina; de hecho, el nitrato de celulosa es estable pero inflamable a partir de

120º, y suele usarse también para espectáculos de ilusionismo con fuego.

Vaso de vidrio. CERÁMICO:

El vidrio es un material inorgánico duro, frágil, transparente y amorfo que puede

encontrarse en la naturaleza y también puede ser producido por el ser humano. Los

principales usos del vidrio artificial son la fabricación de ventanas, lentes, vasos,

botellas y una gran variedad de productos. El vidrio es un tipo de material cerámico

amorfo.

La obtención del vidrio se consigue a unos

1500 °C a partir de arena de sílice,

carbonato de sodio y caliza.

Hay que resaltar también que en España

utilizamos muy a menudo el término

"cristal" como sinónimo de vidrio, aunque

es incorrecto en el ámbito científico debido

a que el vidrio es un sólido amorfo (sus

moléculas están dispuestas de forma

irregular) y no un sólido cristalino.

En cuanto a sus propiedades mecánicas tenemos que el vidrio, como muchos otros

materiales tiene una dureza media, es decir, su resistencia a ser rayado sería

aproximadamente de 5 ó 6 sobre 10.

En cuanto a la fragilidad del vidrio, es por todos conocido que es extremadamente alta.

Esto se debe a una red de fisuras a nivel imperceptible que afectan a la superficie del

vidrio y provocan unas tensiones localizadas que minoran la resistencia mecánica del

vidrio. Son las denominadas fisuras de Griffith y cada una de ellas puede ser el origen

de una ruptura general. También aumentará el riesgo de ruptura cuanto mayores sean las

grietas o debido a sustancias como el agua que ataca las tensionadas uniones atómicas.

Que el vidrio sea frágil significa que en el diagrama de tensiones - deformaciones, la

línea que surja de la proporcionalidad entre las dos variables es interrumpida

bruscamente, es decir que no aparece un periodo plástico donde las deformaciones sigan

aumentando más allá de lo que lo hacen las tensiones. Por lo tanto, sólo se comportará

plásticamente a altas temperaturas. A partir de 600 º C se deforma plásticamente y en

1000 º C se funde. Así pues, se observa que la elasticidad del vidrio es tremendamente

reducida.

La resistencia del vidrio es considerablemente alta, esto se debe a su estructura

molecular, en la que encontramos uniones muy fuertes, lo que produce un material muy

fuerte y con gran resitencia.

Llave de aluminio. METAL:

El aluminio es el elemento metálico más abundante que está presente en la corteza

terrestre y, dentro de los metales no férreos, es el material más ampliamente utilizado

tanto en la industria como en otras muchas aplicaciones de la vida cotidiana.

Su ligereza, su buena resistencia mecánica, y la de muchas de sus aleaciones, su alta

conductividad térmica y eléctrica, su durabilidad (el aluminio es estable al aire) y

resistencia a la corrosión (con un correcto tratamiento superficial es resistente tanto al

agua de mar, como a muchas soluciones acuosas y otros agentes químicos), hacen de

este material ideal para innumerables aplicaciones tanto industriales como de la vida

cotidiana.

Además, una característica que está tomando fuerza en los últimos años es la buena

disponibilidad al reciclaje que presenta el aluminio una vez finalizada su vida útil.

El aluminio puro prácticamente no tiene aplicación, dado que se trata de un material

blando y de poca resistencia mecánica. Sin embargo, aleados con otros elementos

permite aumentar su resistencia y adquirir otras cualidades, que varían según la

naturaleza de los aleantes utilizados.

Los elementos más utilizados para formar aleaciones con el aluminio son el cobre,

silicio, magnesio, zinc, y manganeso.

En cuanto a las propiedades físicas y mecánicas del aluminio cabe destacar, además de

las ya mencionadas anteriormente, una alta conductividad térmica (de 80 a 230 W/

m.K), que sólo es superada por el cobre, siendo además cuatro veces más grande que la

conductibilidad del acero. Una gran ligereza, ya que tiene una densidad 2.7 veces

mayor que la del agua. Esta ventaja, una de las más conocidas del aluminio, ha

permitido el desarrollo de muchas industrias como la aeronáutica y el transporte,

además de facilitar la manipulación de los perfiles, reduciendo los costos de transporte y

mano de obra. También tiene un punto de fusión más bien bajo, en torno a los 660ºC,

por lo que ofrece grandes ventajas al ser usado en utensilios de cocina, industria

química, o aire acondicionado. Posee también una buena conductividad eléctrica, que se

encuentra entre los 34 y 38 m/Ω mm2, así como una gran conductividad térmica (aparte

del cobre, el aluminio es el único metal común que posee una alta conductividad como

para ser usado como conductor eléctrico). También presenta buena resistencia a la

corrosión, gracias a la capa protectora característica de óxido de aluminio, resiste a los

productos químicos, puede estar expuesto a la intemperie, al mar, etc. esto se debe a la

formación espontánea de una película muy delgada de óxido de aluminio que es

insoluble en agua, la cual la protege del medio ambiente y la corrosión, tanto en forma

de metal puro como cuando forma aleaciones, la cual le da las mismas ventajas que el

acero inoxidable y lo hace verse muy bien en comparación con el acero. Por último, su

abundancia en la naturaleza (es el tercer elemento en cuanto a abundancia en la corteza

terrestre, por detrás del oxígeno y el silicio) es un material fácilmente reciclable, sin un

elevado coste en este proceso de reciclado.

TABLA COMPARATIVA DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS

TRES OBJETOS

PROPIEDAD

MECÁNICA

Pelota de ping pong

PLÁSTICO

Vaso de vidrio

CERÁMICO

Llave de aluminio

METAL

DUREZA 1 2 3

RIGIDEZ 1 3 2

FRAGILIDAD 2 3 1

DUCTILIDAD 3 1 2

TENACIDAD Kic 1 2 3

PROPOSICIÓN DE CAMBIOS DE MATERIALES:

La pelota de ping pong podría cambiarse de celuloide a polipropileno. El polipropileno

es un plástico que se usa en gran cantidad de aplicaciones, como por ejemplo en la

producción de juguetes. El polipropileno es un termoplástico es bastante rígido, pero no

requiere un aditivo de plasticidad para incrementar su flexibilidad. Es muy simple de

procesar, no tóxico y resistente a la corrosión. En forma adicional, el polipropileno tiene

alta resistencia a las altas temperaturas y también resiste la tensión y las roturas.

El vaso de vidrio podría sustituirse por un vaso de plástico, reduciendo así

considerablemente su fragilidad con respecto a los de vidrio. Además de aumentar su

valor en cuanto a reciclaje se refiere, ya que pueden ser reciclados para hacer macetas,

material escolar, bancos, porta-vasos, bolígrafos,etc.

Por último, cambiaría la llave de aluminio por una llave de acero inoxidable con

tratamiento térmico consiguiendo así que sea más resistente a altas temperaturas;

además de obtener una mayor dureza y alcanzar la máxima resistencia a la oxidación.