Estudiando las propiedades mecánicas

1. Definición de propiedades mecánicas

Son propiedades físicas que describen el comportamiento de un material sólido al aplicarle fuerzas de tracción, compresión y torsión.

Existen distintas propiedades mecánicas, ellas son: tenacidad, dureza, plasticidad, ductilidad, maleabilidad, elasticidad, entre otras.

En este módulo desarrollaremos dos de ellas: ELASTICIDAD Y PLASTICIDAD.

2. Tenacidad

Propiedad que tienen los materiales de soportar esfuerzos bruscos sin romperse.

Los materiales que tienen elevada resistencia mecánica como por ejemplo el hierro se denominan materiales tenaces.

Aquellos materiales que se rompen al ser golpeados se denominan materiales frágiles.

3. Dureza

Resistencia que opone un material a ser rayado o atravesado por otro.

Existen tablas en las que se ordenan los materiales por su dureza.

El acero es más duro que la madera, por eso se construyen herramientas de acero para cortar madera.

El material de mayor dureza en la naturaleza es el diamante.

Actividad:

Comprueba la dureza de distintos materiales

 

Haz clic en el botón amarillo al lado de cada material y completa la siguiente tabla:

Ordena en orden creciente de dureza los diferentes materiales de la experiencia.

4. Elasticidad

La elasticidad consiste en la capacidad de los materiales (denominados cuerpos elásticos) para recuperar su forma y dimensiones iniciales cuando termina de actuar la fuerza que determinó su deformación.

En física, el término de elasticidad denomina la capacidad de un cuerpo de presentar deformaciones, cuando se lo somete a fuerzas externas, que pueden ocasionar que dichas deformaciones sean irreversibles, o  bien, volver a su forma original.

Un ejemplo claro es cuando aplicamos fuerza a un resorte, éste se deforma y cuando cesa la fuerza aplicada vuelve a su forma original, pero si la fuerza aplicada supera el límite elástico, dicho resorte presentará una deformación permanente.

5. Plasticidad

La plasticidad es la cualidad opuesta a la elasticidad.

Indica la capacidad que tiene un material de conservar su nueva forma una vez deformada.

Un ejemplo claro donde se manifiesta dicha propiedad, es cuando trabajamos con plasticina, donde al aplicarle fuerza con nuestras manos, la misma permanece con su nueva forma (finalizada la fuerza aplicada).

La plasticidad es una propiedad mecánica de algunos cuerpos, capaces de sufrir una deformación permanente e irreversible cuando son sometidos a una fuerza que supera el límite elástico.

• DUCTILIDAD Y MALEABILIDAD (son variantes de la plasticidad)
  

La ductilidad es la propiedad que poseen los materiales de estirarse en forma de hilos finos, por ejemplo los cables de cobre de las instalaciones eléctricas. Trefilado es el nombre del proceso físico de formación de hilos metálicos.

La maleabilidad es cuando un material puede transformarse en láminas delgadas. Cuanto más maleable, más fácil será obtener esta lámina y más delgada podrá ser. Son metales maleables el oro, la plata, el platino, el cobre, etc.

6. Diferencia entre elasticidad y plasticidad

Elasticidad: Propiedad de un material que le hace recuperar su tamaño y forma original después de ser comprimido o estirado por una fuerza externa. 

Plasticidad: La plasticidad está relacionada con cambios irreversibles en esos materiales. A diferencia del comportamiento elástico, una vez finalizada la fuerza externa, no vuelve a su forma y tamaño original, sino que permanece con su nueva forma y tamaño.

7. En resumen

8. Ley de Hooke

Para que un cuerpo presente comportamiento elástico debe cumplir con la Ley de Hooke.

Dicha ley establece: "el estiramiento o compresión que experimenta un material elástico es directamente proporcional a la fuerza aplicada."

Para recordar...

Dos variables son directamente proporcionales si al aumentar o disminuir una de ellas, la otra aumenta o disminuye en la misma proporción.

Esta relación puede comprobarse de dos formas:

1) el cociente entre las variables es un valor constante llamado constante de proporcionalidad (K).

2) la gráfica de una variable en función de la otra es una recta que pasa por el origen de coordenadas.

Volviendo a la Ley de Hooke...

A partir de la gráfica anterior podemos concluir que, la fuerza (F) es directamente proporcional a la deformación (Δl).

También al hacer el cociente entre F⁄Δl nos da un valor constante y a este valor se le denomina constante de proporcionalidad (K).

La pendiente de la gráfica F=(f) Δl coincide con el valor de la constante de proporcionalidad.

La ley de Hooke se expresa matemáticamente:   

Siendo F la fuerza aplicada, K la constante de elasticidad que depende del material del que está hecho el cuerpo y Δl la deformación que sufre el cuerpo.

9. Dinamómetro

Es un instrumento que mide fuerzas y se fabrica en base a un resorte que cumple con la ley de Hooke.

Al colgarle un objeto este instrumento nos proporciona el valor de la fuerza ejercida al resorte.

El dinamómetro tradicional, inventado por Isaac Newton, basa su funcionamiento en el estiramiento de un resorte que sigue la ley de elasticidad de Hooke en el rango de medición. 

Existen dinamómetros diseñados para diversas aplicaciones. Una de ellas es la de pesar, es decir, para medir el peso de algo y por equivalencia determinar su masa. Cabe recordar que peso es distinto a masa.

10. Aplicaciones de la Ley de Hooke

Matemáticamente la Ley de Hooke queda expresada por la siguiente ecuación: F = K . Δl

Siendo:

• F la fuerza aplicada, 
• K la constante de elasticidad y 
• Δl la deformación
  

Cuando conocemos la constante de elasticidad de un cuerpo es posible calcular la fuerza necesaria para deformarlo o la deformación que experimenta el cuerpo al aplicarle una fuerza.

11. Créditos

Bibliografía consultada/Sitios:

• Segurola, B; Saravia, G; Szwarcfiter, M; Amoedo, A. y Uzal, C. (2010). Ciencias Físicas 2. Montevideo, Uruguay: Contexto.
  
• Ferreira, D. y Menéndez, M. (2012). Ciencias Físicas 2º. Montevideo, Uruguay: Textos del Sur.
  
• Actividad 3 de la Caja de Herramientas de 2° año de Ciencias Físicas. Unidad 1 y 2. https://goo.gl/EMTfsv
  
• Construcción de un dinamómetro. Física y Química 4°. ESO. Anaya. https://goo.gl/3Xicwv
• La dureza. Labotatorio virtual. http://labovirtual.blogspot.com.uy/2012/01/la-dureza.html

Imágenes:

• Definición de propiedades mecánicas: http://tecnerife.com/estructuras/esfuerzo_traccion_02.jpg
  
• Definición de propiedades mecánicas: http://tecnerife.com/estructuras/esfuerzo_compresion_02.jpg
  
• Definición de propiedades mecánicas: http://tecnerife.com/estructuras/esfuerzo_torsion_02.jpg
  
• Tenacidad: http://image.slidesharecdn.com/propiedadesmecanicas-120812191550-phpapp02/95/propiedades-mecanicas-1-728.jpg?cb=1344817015
• Dureza: http://image.slidesharecdn.com/propiedadesmecanicas-120812191550-phpapp02/95/propiedades-mecanicas-1-728.jpg?cb=1344817015
• Dureza: http://media.cubadebate.cu/wp-content/uploads/2014/03/Diamante1.jpg
• Elasticidad: http://www.primeroestrategia.com/wp-content/uploads/2011/10/46.jpg
• Plasticidad: http://www.pequeocio.com/wp-content/uploads/2014/10/plastilina-casera.jpg
• Plasticidad: http://www.quimitube.com/wp-content/uploads/2012/11/hilos-de-cobre-ductilidad.jpg
• Plasticidad: http://www.diariosur.es/noticias/201506/12/media/cortadas/papel-aluminio--575x323.jpg
• Diferencia entre elasticidad y plasticidad: http://4.bp.blogspot.com/-9mHqMWWfBJE/TtJnVfH-TcI/AAAAAAAAAF8/PuOhaDRx8zs/s300/elasticidad.jpg
• Diferencia entre elasticidad y plasticidad: https://encrypted-tbn2.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcSCwhLrLKyMjqC8qrjHYsxWYfKZr9kbdShqSDE1ihSXn9w3b8Hvww
• En resumen: http://www.freepik.es/vector-gratis/pack-de-cuatro-banners-infograficos-dibujados-a-mano-con-diferentes-colores_1062251.htm
• Ley de Hooke: http://4.bp.blogspot.com/-W5iUKulmnic/Vekc9LI-oWI/AAAAAAAAAFo/7IjklpKJ3EU/s1600/elastico.jpg
• Dinamómetro: https://www.3bscientific.es/thumblibrary/U20037/U20037_02_1200_1200_Dinamometros-para-la-ley-Hooke.jpg
• Ley de Hooke: http://www.freepik.es/vector-gratis/fondo-verde-de-pizarra-con-dibujos_902912.htm
• Dinamómetro: https://sites.google.com/site/timesolar/_/rsrc/1331951843055/fuerza/dinamometro/dinamometro_2.jpg?height=320&width=320
• Aplicaciones de la Ley de Hooke: http://www.freepik.es/vector-gratis/cuatro-senales-de-madera_950419.htm

Autoría del Módulo: Profesoras Anarella Gatto y Silvia Pedreira.

agatto@uruguayeduca.edu.uy

spedreira@uruguayeduca.edu.uy

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Junio de 2017.