Ejercicios: Clasificación de los materiales

Nombrá las cuatro grandes familias de materiales técnicos y escribí un ejemplo de material de cada una, indicando una propiedad característica por la que se usa.

Indicá a qué familia de materiales pertenece cada uno de estos objetos y justificalo con una propiedad: (a) una sartén de acero, (b) una botella de agua de PET, (c) un plato de porcelana y (d) un casco de bicicleta de fibra de carbono.

El árbol de clasificación de la figura ordena los materiales técnicos en familias, con un ejemplo de cada una, pero una rama está tapada con un signo de interrogación, como se muestra en la figura.

Indicá qué familia falta, escribí dos ejemplos de materiales de esa familia y describí una propiedad que la caracterice.

Nombrá tres propiedades características de los metales (conductividad eléctrica y térmica, brillo, maleabilidad...) y, para cada una, un objeto cotidiano que la aproveche.

Explicá qué es una aleación y poné dos ejemplos (acero, latón, bronce...), indicando por qué la industria usa aleaciones en lugar de metales puros en la mayoría de las aplicaciones.

Los polímeros se dividen en termoplásticos y termoestables. Explicá la diferencia clave (qué ocurre al recalentarlos) y poné un ejemplo de objeto de cada tipo.

Nombrá dos propiedades típicas de los materiales cerámicos (dureza, resistencia al calor, fragilidad, aislamiento) y dos objetos cotidianos fabricados con ellos que dependan de esas propiedades.

Explicá qué es la densidad de un material y por qué es una propiedad crítica al elegir el material del chasis de un dron, comparándola con lo que importaría en una pesa de gimnasio.

Los metales conducen bien la electricidad y el calor, mientras que los materiales cerámicos son aislantes y aguantan temperaturas muy altas. Relacioná estas diferencias de comportamiento con el tipo de estructura interna de cada familia y poné una aplicación de cada propiedad citada.

Explicá qué es un material compuesto y por qué se fabrican combinando dos o más materiales. Describí el caso de la fibra de vidrio: qué aporta la resina y qué aportan las fibras dentro del conjunto.

Elegí la familia de materiales más adecuada para cada pieza y justificalo con al menos dos propiedades: (a) el hilo conductor del interior de un cable eléctrico, (b) el cuerpo aislante de un tomacorriente y (c) el vidrio de la puerta de un horno.

Clasificá estos objetos en su familia de materiales y justificalo con una propiedad: (a) el disipador de aluminio de un procesador, (b) una ventana de vidrio, (c) una llanta (caucho reforzado con telas), (d) una espátula de silicona de cocina, (e) una maceta de barro cocido y (f) un cable de cobre.

El vidrio es un sólido amorfo (sin estructura cristalina ordenada) que se obtiene fundiendo arena. Razoná a qué familia de materiales pertenece a partir de su comportamiento (duro, frágil, aislante, resistente al calor y a los químicos) y no a partir de su nombre comercial.

Emparejá cada propiedad con la familia de materiales que mejor la representa (metálicos, poliméricos, cerámicos, compuestos) y justificá cada emparejamiento con un ejemplo de objeto: (a) la mejor conductividad térmica y eléctrica, (b) la mayor fragilidad junto con gran dureza, (c) la menor densidad junto con moldeado fácil y barato, (d) la mejor combinación de ligereza y resistencia conseguida uniendo dos materiales.

Los carros llevan cada vez más aluminio y polímeros en piezas que antes eran de acero. Analizá las razones del cambio (peso y consumo de combustible, corrosión, libertad de diseño) y los inconvenientes que trae (costo, reparación de golpes, reciclaje de piezas que mezclan materiales).

La madera combina fibras de celulosa con una matriz de lignina. Analizá si puede considerarse un material compuesto natural comparando su estructura con la de la fibra de vidrio (refuerzo más matriz), y citá una consecuencia práctica de esa estructura fibrosa (la dirección de la veta al serrar o al doblar).

La alcaldía de una localidad costera te encarga definir los materiales de un nuevo modelo de banca pública exterior expuesta a brisa marina salina, radiación solar intensa y riesgo de vandalismo (grafitis, golpes y quemaduras).

1. a) Estructura portante: un miembro del equipo propone fundición de hierro sin recubrir por ser económica y pesada. Rebatí esta propuesta prediciendo qué tipo de fallo por corrosión y fragilidad sufrirá ante impactos, y defendé una alternativa metálica adecuada (como acero galvanizado en caliente con recubrimiento de pintura en polvo o aluminio anodizado).
2. b) Asiento y respaldo: compará listones de polietileno de alta densidad (HDPE) reciclado frente a listones de madera de pino tratada en autoclave. Predecí cómo responderá cada material frente a la exposición solar continuada (degradación por UV) y ante el uso recurrente de disolventes agresivos (acetona) para limpiar grafitis.
3. c) Corrosión galvánica en la tornillería: si se atornilla una estructura de aluminio con tornillos convencionales de acero al carbono cincado en contacto directo bajo la humedad salina, predecí cuál de los dos metales actuará como ánodo y se corroerá aceleradamente. Justificá cómo debés evitar este fallo mediante la selección de materiales o aislamiento eléctrico en las uniones.