Materiales cotidianos miguel arraiz
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Este documento describe las propiedades mecánicas de tres objetos cotidianos: una pelota de ping pong de plástico, un vaso de vidrio y una llave de aluminio. Explica que la pelota está hecha de celuloide, un plástico termoplástico ligero y resistente. El vaso está hecho de vidrio, un material cerámico frágil pero con alta resistencia. La llave está hecha de aluminio, un metal ligero pero con buena resistencia mecánica cuando se alea.
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- 1. MATERIALES COTIDIANOS Y PROPIEDADES MECÁNICAS Miguel Arráiz Fernández Grupo A - Curso 2015/2016 Universidad de La Rioja
- 2. 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.
- 3. 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.
- 4. 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.
- 5. 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.
- 6. 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.