EBANISTERIA VII-MATERIALES Y TECNOLOGÍA DE LA MADERA UD 0: Introducción. De la materia

 0.1 Concepto de la materia. Estados de agregación de la materia

 La ciencia de materiales tiene su origen en la Metalurgía. Hacía los años 20 del siglo XX esta rama; entonces, de la física, comenzó a desarrollar el análisis microscópico de los materiales metálicos.  

Es, sin embargo, en la década de los años 1950 cuando las nuevas exigencias tecnológicas de los diversos sectores industriales hacen que los conceptos, teorías y técnicas provenientes de muy diversas ramas de la Ciencia (Física de la materia condensada, Química de estado sólido, Cristalografía, Física y Química de superficies, Metalurgia, Polímeros, Cerámica, etc.) tienden a interrelacionarse para dar una respuesta a tales exigencias, naciendo así el concepto moderno de Ciencia de Materiales.

La ciencia de materiales es, por ello mismo, un campo multidisciplinario que estudia los conocimientos fundamentales sobre las propiedades físicas macroscópicas de los materiales y los aplica en varias áreas de la ciencia y la ingeniería, consiguiendo que estos puedan ser utilizados en obras, máquinas y herramientas diversas, o convertidos en productos necesarios o requeridos por la sociedad. Incluye elementos de la química y física, así como las ingenierías química, mecánica, civil, eléctrica, electromedicina, industrial, biología y ciencias ambientales. Con la atención de los medios puesta en la nanociencia y la nanotecnología en los últimos años, la ciencia de los materiales ha sido impulsada en muchas universidades. 

La investigación de materiales tiene como objetivo el estudio fundamental de la preparación, caracterización y propiedades de materiales a fin de obtener un conocimiento más profundo de las relaciones entre estructura y comportamiento de tal manera que permita el diseño y preparación de aquellos que satisfagan determinadas especificaciones físico-químicas que son necesarias para sus aplicaciones.

Fig.1.- Secuencia evolutiva en las fases de la materia

Fuente: Victoria Munilla Gutierrez (2023)

 0.2 Comportamiento de materiales. Sus propiedades.

Para analizar el comportamiento de la materia se han ido sucediendo teorías; cada vez más acreditadas experimentalmente fundamentándose a lo largo del tiempo. Valoremos las tres más importantes en ciencia de materiales.

0.2.a Teoría del sólido rígido

                       

Fig.2.- Esquema representativo de la cinemática interna de un sólido  rígido

Fuente: Universidad de Alicante (2022)

0.2.b Tabla periódica de los elementos. Tipos de enlace químico entre elementos

Los enlaces químicos se producen como consecuencia de la necesidad de adquirir estabilidad en la última capa de electrones.  

Fig.3.- Condición básica para que se produzca un enlace químico 

Fuente: Jorge Florían Alva (2010)

 

0.2.c Módulo de Young. Comparación a esfuerzo axíl entre acero, hormigón armado y madera

 

 

Gráfico 1.- Representación de ciclos tensión/deformación/rotura 

ante acciones externas para un material genérico

Fuente: Elaboración propia (2012)

0.2.d Propiedades generales de la materia

 

Vamos a considerar 10 propiedades organolépticas esenciales en los materiales. Analicemos una por una cada una de ellas. 

 

MASA- 

La masa es la cantidad de la materia en una sustancia. Se reconoce la masa con la letra ‘m’ y las unidades de masa son el gramo (g) y el kilogramo, mejor conocido como kilo (kg). La masa no debe ser confundida con el peso. Por ejemplo, si en la Tierra un objeto tiene una masa de 1 kg, en la Luna también tendría la misma masa, pero el peso sería tan solo una sexta parte por cuestiones de gravedad.

 

PESO-

 

El peso es la fuerza con la que la tierra atrae un cuerpo. El peso se representa con la letra ‘p’; la principal unidad empleada es el gramo-fuerza (g.f.) y el kilopondio (Kp). 

 

La fuerza con la que la tierra atrae un kilogramo-masa es un newton como podemos comprobar al aplicar la física de Newton:

1 kp = 1 kg_f = 1 kg × 9,80665 m/s² = 9,80665 Newton

 

VOLUMEN-

 

Es una magnitud física escalar tridimensional. Expresa la extensión de un cuerpo en tres dimensiones: largo, ancho y alto. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el metro cúbico (m3).

 

INERCIA-

 

La inercia es la propiedad que tienen los cuerpos de mantener su estado de reposo o movimiento si no es por la acción de una fuerza. Un momento de inercia es la suma de los productos que resultan de multiplicar la masa de cada elemento de un cuerpo por el cuadrado de su distancia a un eje de rotación. 

 

ELASTICIDAD-

 

La elasticidad es una propiedad general de los cuerpos sólidos, en virtud de la cual recobran más o menos completamente su extensión y forma, tan pronto como cesa la acción de la fuerza que las deformaba.

 

POROSIDAD-

 

La porosidad es el porcentaje de huecos de aire que contiene un sólido.

 

DIVISIBILIDAD-

 

Es la propiedad que poseen los cuerpos de poder separarse en partes o fraccionarse.

 

IMPENETRABILIDAD- 

Propiedad de los cuerpos que impide que un cuerpo ocupe el lugar de otro en el espacio.

 

 

 

Fig.4.- Diagramas tensión-deformación para maderas latifoliadas

Fuente: Universidad Central del Ecuador (2013)

 

Fig.5.- Diagramas tensión-deformación para hormigón

Fuente: Universidad Central del Ecuador (2013)

 

Fig.6.- Diagramas tensión-deformación para acero con bajo contenido en carbono

Fuente: Universidad Central del Ecuador (2013)