Ejercicios: Clasificación de los materiales

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

Indica a qué familia de materiales pertenece cada uno de estos objetos y justifícalo 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.

Indica qué familia falta, escribe dos ejemplos de materiales de esa familia y describe una propiedad que la caracterice.

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

Explica qué es una aleación y pon 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. Explica la diferencia clave (qué ocurre al recalentarlos) y pon un ejemplo de objeto de cada tipo.

Nombra 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.

Explica qué es la densidad de un material y por qué es una propiedad crítica al elegir el material del chasis de un dron, comparando 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. Relaciona estas diferencias de comportamiento con el tipo de estructura interna de cada familia y pon una aplicación de cada propiedad citada.

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

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

Clasifica estos objetos en su familia de materiales y justifícalo con una propiedad: (a) el disipador de aluminio de un procesador, (b) una ventana de vidrio, (c) un neumático (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. Razona 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.

Empareja cada propiedad con la familia de materiales que mejor la representa (metálicos, poliméricos, cerámicos, compuestos) y justifica 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 coches llevan cada vez más aluminio y polímeros en piezas que antes eran de acero. Analiza las razones del cambio (peso y consumo de combustible, corrosión, libertad de diseño) y los inconvenientes que trae (coste, reparación de golpes, reciclaje de piezas que mezclan materiales).

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

Un fabricante duda entre acero y aluminio para el cuadro de una bicicleta. Compara ambos materiales en peso, resistencia, comportamiento frente a la corrosión y coste, y defiende tu elección para una bicicleta urbana de gama media.

El hormigón armado combina hormigón con barras de acero en su interior. Analiza por qué puede considerarse un material compuesto a escala de la construcción, qué aporta cada componente según los esfuerzos que soporta y qué ocurriría si se usara solo uno de ellos.

Algunos fabricantes de automóviles sustituyen paneles metálicos de la carrocería por materiales compuestos poliméricos. Evalúa esta decisión analizando ventajas (peso, corrosión, diseño) e inconvenientes (coste, reparación, reciclaje) y concluye con tu valoración razonada.

Una taza térmica de viaje debe mantener el calor, ser apta para alimentos, resistir caídas y lavarse en el lavavajillas. Compara tres materiales candidatos (acero inoxidable, polipropileno, cerámica esmaltada) criterio a criterio y defiende tu elección final, indicando qué criterio ha sido decisivo.

Los grandes puentes colgantes usan cables de acero aunque existen fibras poliméricas más resistentes por unidad de peso. Analiza qué propiedades, además de la resistencia a tracción, deciden esa elección (fluencia lenta o creep, fatiga, envejecimiento por sol y humedad, coste, experiencia acumulada) y qué tendrían que demostrar las fibras nuevas para sustituir al acero.

El grafeno está formado por láminas de carbono de un átomo de grosor y es muy resistente y buen conductor. Explica qué aplicaciones promete (baterías, pantallas flexibles, filtros de agua) y qué dificultades impiden hoy su uso masivo (producción a escala, coste, integración en procesos industriales).

Compara una botella de PET reciclable, un vaso «compostable» y un vaso reutilizable: analiza el origen del material, la energía de fabricación, cuántas veces se usa antes de desecharse y qué debe ocurrir al final de su vida para que cada opción sea realmente sostenible. Concluye con una recomendación para un festival de música.

Elige los materiales de un banco urbano de exterior (asiento, estructura y tornillería) teniendo en cuenta el clima, el vandalismo, el mantenimiento y el presupuesto municipal. Justifica cada elección y explica qué fallaría primero si las elecciones fueran malas (corrosión, astillas, tornillos robados...).