TEMATICA: CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES. GRADO 8°
Ciencia y
tecnología de los materiales, estudio de los materiales,
tanto metálicos como no metálicos, y de la forma de adaptarlos y fabricarlos
para responder a las necesidades de la tecnología moderna. Empleando las
técnicas de laboratorio y los instrumentos de investigación de la física, la
química y la metalurgia, los científicos están hallando nuevas formas de
utilizar el plástico, la cerámica y otros no metales en aplicaciones antes
reservadas a los metales.
AVANCES
RECIENTES
El rápido desarrollo de
los semiconductores para la industria electrónica, que comenzó a principios de
la década de 1960, dio el primer gran impulso a la ciencia de materiales.
Después de descubrir que se podía conseguir que materiales no metálicos como el
silicio condujeran la electricidad de un modo imposible en los metales,
científicos e ingenieros diseñaron métodos para fabricar miles de minúsculos
circuitos integrados en un pequeño chip de silicio. Esto hizo posible la
miniaturización de los componentes de aparatos electrónicos como los
ordenadores o computadoras.
A finales de la década
de 1980, la ciencia de los materiales tomó un nuevo auge con el descubrimiento
de materiales cerámicos que presentan superconductividad a temperaturas más
elevadas que los metales. Si se consigue encontrar nuevos materiales que sean
superconductores a temperaturas suficientemente altas, serán posibles nuevas
aplicaciones, como trenes de levitación magnética o computadoras ultrarrápidas.
Aunque los últimos avances
de la ciencia de materiales se han centrado sobre todo en las propiedades
eléctricas, las propiedades mecánicas siguen teniendo una gran importancia. En
la industria aeronáutica, por ejemplo, los científicos han desarrollado —y los
ingenieros han probado— materiales compuestos no metálicos, más ligeros,
resistentes y fáciles de fabricar que las aleaciones de aluminio y los demás
metales actualmente empleados para los fuselajes de los aviones.
PROPIEDADES
MECÁNICAS DE LOS MATERIALES
En ingeniería se necesita
saber cómo responden los materiales sólidos a fuerzas externas como la tensión, la compresión, la torsión, la
flexión o la cizalladura. Los materiales sólidos responden a dichas fuerzas
con una deformación elástica (en la que el material vuelve a su tamaño y forma
originales cuando se elimina la fuerza externa), una deformación permanente o
una fractura.
La tensión (Tracción) es una fuerza
que tira; por ejemplo, la fuerza que actúa sobre un cable que sostiene un peso.
Bajo tensión, un material suele estirarse, y recupera su longitud original si
la fuerza no supera el límite elástico del material (Elasticidad). Bajo
tensiones mayores, el material no vuelve completamente a su situación original,
y cuando la fuerza es aún mayor, se produce la ruptura del material.
La compresión es una presión
que tiende a causar una reducción de volumen. Cuando se somete un material a
una fuerza de flexión, cizalladura o torsión, actúan simultáneamente fuerzas de
tensión y de compresión. Por ejemplo, cuando se flexiona una varilla, uno de
sus lados se estira y el otro se comprime.
Torsión, deformación helicoidal (en forma de hélice) que
sufre un cuerpo cuando se le aplica un par de fuerzas (sistema de fuerzas
paralelas de igual magnitud y sentido contrario). La torsión se puede medir
observando la deformación que produce en un objeto un par determinado. Por
ejemplo, se fija un objeto cilíndrico de longitud determinada por un extremo, y
se aplica un par de fuerzas al otro extremo; la cantidad de vueltas que dé un
extremo con respecto al otro es una medida de torsión.
Flexión:Es la deformación producida en un sólido por la
acción de dos fuerzas opuestas, iguales y paralelas.
Corte
o Cizalladura: La
cortadura (cizalladura o tensión cortante) es el esfuerzo que soporta una pieza
cuando sobre ella actúan fuerzas contenidas en la propia superficie de
actuación.
LOS EFECTOS DE UNA FUERZA EXTERNA DEPENDIENTES DEL TIEMPO SON LA
PLASTODEFORMACIÓN Y LA FATIGA
La plastodeformación es una
deformación permanente gradual causada por una fuerza continuada sobre un
material. Los materiales sometidos a altas temperaturas son especialmente
vulnerables a esta deformación. La pérdida de presión gradual de las tuercas,
la combadura de cables tendidos sobre distancias largas o la deformación de los
componentes de máquinas y motores son ejemplos visibles de plastodeformación.
En muchos casos, esta deformación lenta cesa porque la fuerza que la produce
desaparece a causa de la propia deformación. Cuando la plastodeformación se
prolonga durante mucho tiempo, el material acaba rompiéndose.
La fatiga puede definirse
como una fractura progresiva. Se produce cuando una pieza mecánica está sometida
a un esfuerzo repetido o cíclico, por ejemplo una vibración. Aunque el esfuerzo
máximo nunca supere el límite elástico, el material puede romperse incluso
después de poco tiempo. En la fatiga no se observa ninguna deformación
aparente, pero se desarrollan pequeñas grietas localizadas que se propagan por
el material hasta que la superficie eficaz que queda no puede aguantar el
esfuerzo máximo de la fuerza cíclica. El conocimiento del esfuerzo de tensión,
los límites elásticos y la resistencia de los materiales a la plastodeformación
y la fatiga son extremadamente importantes en ingeniería.
COMPETENCIAS.
Realiza una lectura
completa del documento, antes de desarrollar las actividades.
1.
Explica: ¿Qué es la ciencia de los materiales?
2.
El auge de
la ciencia de los materiales tuvo dos momentos importantes, describe cada uno.
3.
Realiza un mapa conceptual teniendo
en cuenta los términos: la tensión, la compresión, la torsión, la flexión
o la cizalladura.
4.
Consulta las siguientes palabras: metalurgia, semiconductor, miniaturización,
superconductividad, tren de levitación magnética, aleación, elasticidad,
vibración, estiramiento, helicoidal.
5.
Consulta en internet videos en donde
se ilustre la aplicación de las fuerzas externas (tensión,
compresión, torsión, flexión o la cizalladura) a los que son sometidos los
materiales sólidos; compara y analiza dichos videos con la teoría descrita y
realiza en tu cuaderno dibujos relacionados con esos temas estudiados.(ESFUERZO
EN LAS ESTRUCTURAS https://youtu.be/_piI8eXhpZ4)
