Clasificar por propiedades
Definición
Los materiales se clasifican sobre la base de sus propiedades físicas, químicas y mecánicas.
- Un sistema de clasificación muestra cómo se comporta cada material y cómo ese comportamiento se relaciona con su composición y su estructura interna.
- Ventajas de clasificar por propiedades:
- Comparar materiales muy distintos con el mismo criterio.
- Predecir el comportamiento de un material a partir de su familia, antes de ensayarlo.
- Buscar patrones estructura–propiedad (enlace metálico deslocalizado → buena conductividad eléctrica y térmica).
- Filtrar candidatos: descartar familias enteras que no cumplen un requisito.
- Evaluar criterios de producción: coste, facilidad y eficiencia de fabricación, durabilidad, reparabilidad y reciclabilidad.
- Gestionar recursos y avanzar tecnológicamente: los nuevos materiales se desarrollan a partir de huecos detectados en la clasificación.
- Ensayos mecánicos: casi siempre destructivos, sobre probetas normalizadas.
- Categorías de ingeniería (libro de texto): madera, metales, polímeros, cerámicas, textiles, cuero y materiales compuestos. Se subdividen (metales: ferrosos/no ferrosos; compuestos: por matriz y por refuerzo).
- Para el examen: no existe un sistema de clasificación válido para todo; depende del propósito. Cadena: estructura interna → propiedades → clasificación → selección de material → proceso de fabricación.
Clasificar por fuente u origen
Definición
Los materiales se clasifican según su fuente u origen: naturales y artificiales.
Materiales que se dan en el mundo natural.
Material que no se da de forma natural en el mundo. Es sintético o artificial.
Madera obtenida de árboles y preparada para su uso en la fabricación, la construcción y la carpintería. Se clasifican en maderas blandas y duras en función del tipo de árbol del que proceden.
Materiales sintéticos fabricados a partir de compuestos químicos denominados comúnmente plásticos.
Sólido amorfo duro, quebradizo y típicamente transparente que se obtiene enfriando rápidamente una fusión de arena, sosa y cal.
Material de tela o tejido.
- Familias que la guía exige: maderas, polímeros, metales, vidrio, textiles, materiales compuestos, materiales inteligentes y biomateriales.
- Origen por familia:
- Natural: madera (duras = frondosas, de hoja caduca; blandas = coníferas); biomateriales (origen biológico).
- Natural (extraídos de minerales) y procesados: metales.
- Fabricado: polímeros; vidrio (a partir de materias primas naturales); materiales inteligentes.
- Natural o fabricado: textiles (algodón, lana / poliéster, aramidas); compuestos (hueso, madera / hormigón armado, GRP, fibra de carbono, contrachapado).
- Metales: ferrosos (contienen hierro, magnéticos, se oxidan salvo el inoxidable) y no ferrosos (todo lo demás).
- Aleación: mezcla con al menos un metal (metal + metal o metal + no metal). Frente al metal puro, gana resistencia y dureza y pierde maleabilidad y ductilidad (los átomos «extraños» dificultan el deslizamiento de los planos de la red).
| Aleación | Composición | Rasgo clave |
|---|---|---|
| Acero dulce | 0,1–0,3 % C, resto Fe | Tenaz, dúctil, soldable; se oxida |
| Acero inoxidable | Fe + Cr + Ni | Resiste corrosión (capa de óxido de cromo) |
| Hierro fundido | 2–6 % C, resto Fe | Muy resistente a compresión, frágil |
| Aluminio y aleaciones | Al + Cu, Mg, Si, Zn | Muy ligero (~2,7 g/cm³); se autoprotege con su óxido |
| Latón | 65 % Cu + 35 % Zn | Fácil de mecanizar, no magnético |
| Plata de ley | Ag + Cu | Plata pura demasiado blanda |
| Bronce | Cu + Sn | Aleación metal + metal |
- No ferrosos: aluminio, cobre (conductor eléctrico 5,98×10⁷ S/m y térmico 380 W·m⁻¹·K⁻¹), latón, plata, plomo (muy denso, blando, baja temperatura de fusión). Ferrosos: acero dulce, inoxidable, hierro fundido.
- Clasificación estructural (bloques constructivos del diseño de productos; cada una ofrece ventajas distintas en resistencia, peso y funcionalidad):
- Entramado: piezas interconectadas (vigas, pilares, barras) que forman un soporte estable y rígido; soporta y transmite cargas (cuadro de bicicleta, chasis, puente en celosía).
- Laminar (de cáscara): capa exterior fina, hueca y a menudo curva; distribuye cargas de forma eficiente, es ligera y actúa como capa protectora; grandes espacios diáfanos (fuselaje, casco, carrocería, cáscara de huevo).
- Sólida: material denso, no hueca; base o cimiento. El arco transfiere las cargas por compresión (dovelas en cuña + clave central).
- Combinada: incluye elementos de los otros tipos para un fin concreto: mejor equilibrio entre resistencia, peso y eficiencia (carrocería de automóvil = bloque motor sólido + chasis de entramado + carrocería laminar).
Elegir el material adecuado
Definición
Identificar el material más adecuado para un producto es una tarea compleja y desafiante que implica la consideración de las propiedades físicas, químicas y mecánicas, así como las características estéticas.
- Hay que equilibrar propiedades que se contradicen (trade-offs):
- Dureza vs tenacidad: muy duro suele ser poco tenaz (vidrio templado vs acero dulce).
- Resistencia vs densidad: acero de alta resistencia 1550 MPa y 7,85 g/cm³ vs fibra de carbono 5250 MPa y 1,8 g/cm³ (mayor resistencia específica, pero más cara).
- Conductividad térmica vs aislamiento: aluminio 230 W·m⁻¹·K⁻¹ (disipador) vs poliuretano 0,02 (nevera).
- Rendimiento vs coste y sostenibilidad: un material barato suele durar menos.
- Herramienta profesional: tablas de propiedades de materiales de los paquetes CAD (densidad, dureza, resistencia a la tracción, conductividad eléctrica, coeficientes de dilatación…) para comparar candidatos en cada iteración.
- Proceso de evaluación (iterativo): definir propiedades necesarias → cribar familias por clasificación → comparar candidatos en tabla → ensayar y prototipar → justificar la elección. Un ensayo fallido devuelve al cribado.
Propiedades físicas
Definición
Propiedades físicas: aspectos de un material que se pueden medir y observar sin que este cambie en modo alguno; cualquier propiedad que sea medible y que describa un estado de los materiales, incluidas la densidad, la expansión térmica, la conductividad térmica, el punto de fusión, la resistividad eléctrica y la conductividad eléctrica. Estas propiedades suelen ser las características de los materiales que pueden identificarse mediante pruebas no destructivas.
Masa por unidad de volumen de un material. Su importancia radica en la portabilidad del peso y el tamaño de un producto. Los contextos de diseño incluyen el envasado de alimentos, porque los alimentos preenvasados se venden por peso y volumen, y las espumas de envasado.
- Unidad SI: kg/m³ (g/cm³ en taller). Propiedad intrínseca: no depende de la cantidad de material. Contraste: plomo 11,3 · acero 7,85 · aluminio ~2,7 · fibra de carbono 1,8 g/cm³.
Medida del grado de aumento de las dimensiones (longitud, área o volumen) cuando un objeto se calienta.
- Causa: la energía térmica aumenta la vibración de los átomos y su separación.
- Δl = α · l · ΔT (cambio de longitud = coeficiente de dilatación lineal × longitud inicial × cambio de temperatura). α en 10⁻⁶ K⁻¹ (mm por mm y por grado).
- Contraste (α a 20 °C): vidrio Pyrex 4 · acero dulce 11 · aluminio 24 · PVC 50,4 · baquelita/nailon 6.6 80. Los polímeros dilatan de 4 a 8 veces más que los metales.
Medida de la rapidez con la que se conduce el calor a través de una placa de material con una diferencia de temperatura dada a través de la placa.
- Símbolo K, unidad W·m⁻¹·K⁻¹; a mayor K, mayor caudal de calor. Metales: K alta (electrones libres). Polímeros y cerámicas: K baja (aislantes).
- Contraste: grafito 2000 · cobre 380 · aluminio 230 · acero inoxidable 16 · baquelita 0,23 · aire en reposo 0,024 · poliuretano 0,02 (factor 100 000 entre grafito y poliuretano; la espuma, que atrapa aire, aísla más que el aire libre).
Temperatura a la que un material se transforma de sólido a líquido.
- Coexisten las fases sólida y líquida en equilibrio. Cuanto más fuertes los enlaces, más energía se necesita y mayor es el punto de fusión (metales: red metálica con electrones deslocalizados → puntos altos).
- Escala (°C): mercurio −38,8 · hielo 0 · estaño 231,9 · plomo 327,5 · aluminio 660,3 · cobre 1085 · hierro 1538 · wolframio 3422.
Medida de la capacidad de un material para conducir la electricidad. Un material con baja resistividad conducirá bien la electricidad.
- Conductividad (σ) y resistividad (ρ): propiedades inherentes y recíprocas, σ = 1/ρ (estrictamente solo en metales). σ en S/m.
- La resistividad de los metales nace del choque de los electrones con: imperfecciones de la red, átomos de soluto (impurezas) y vibraciones térmicas de la red. La temperatura es el factor de mayor peso: al subir, aumenta la resistividad.
- Semiconductores: al calentar, más electrones pasan de la banda de valencia a la de conducción y la conductividad mejora (base de los termistores NTC).
- Contraste (σ, S/m): plata 6,29×10⁷ · cobre 5,98×10⁷ · aluminio 3,77×10⁷ · hierro 1,02×10⁷ · germanio 2,13 · vidrio 2×10⁻⁵ · polietileno y mica 10⁻¹¹ a 10⁻¹⁷ (aislantes).
Propiedades químicas
Definición
Propiedades químicas: aspectos de un material que hacen que reaccione químicamente con otro; propiedad de un material que sólo se hace evidente durante o después de una reacción química.
Capacidad de un material para resistir los daños causados por la oxidación u otras reacciones químicas.
- Corrosión: reacción electroquímica que convierte los metales en óxidos, sales u otros compuestos; el metal pierde resistencia, ductilidad y otras propiedades mecánicas.
- Requiere tres condiciones a la vez: ánodo y cátodo (metales distintos o zonas con distinta concentración) + conexión metálica entre ambos + electrolito (p. ej. agua). Quitando una se detiene.
- Óxido denso y adherido → protege (pasivado). Óxido poroso y mal adherido (acero al carbono) → la corrosión continúa.
- Inoxidable: resiste porque reacciona con el oxígeno y forma una capa de óxido de cromo de pocos nanómetros. Aluminio: capa de Al₂O₃. Ambas son autorreparadoras.
- Medidas anticorrosión: tratamientos superficiales (recubrimiento electrolítico, anodizado, pintura, sellado); diseño para evacuar el agua (drenajes, desagües, sellantes); ánodos de sacrificio (zinc más reactivo que el acero = protección catódica); aislar con arandelas no conductoras el contacto entre metales distintos.
Propiedad química de un material que representa el grado en que reaccionará con otro (incluido el aire) hasta volverse inseguro para entrar en contacto con los alimentos.
- Abarca la respuesta de la persona al alimento (alergias e intolerancias, declaradas en la etiqueta) y la interacción alimento–envase (puede alterar sabor, textura, color, valor nutricional y seguridad). Etiquetas: «consumir preferentemente antes de», fecha de caducidad, conservación.
- Oxidación: pérdida de electrones o adición/eliminación de oxígeno; ataca grasas, proteínas e hidratos; la luz UV la acelera (vidrio coloreado).
- Hidrólisis: el agua rompe moléculas de grasas, proteínas e hidratos; causa el enranciamiento (envases barrera a la humedad, desecantes).
- Migración: productos químicos del envase pasan al alimento (BPA, ftalatos no seguros; si se daña el revestimiento polimérico de una lata, migran iones metálicos, sobre todo con alimentos ácidos).
- Todos se aceleran con la temperatura.
Propiedad química de un material que tiene la capacidad de absorber la humedad del ambiente de alrededor.
- Higroscópico = hidrófilo (absorbe o adsorbe agua): desecantes, sal, PEG, PVA, PAA, madera, nailon. Hidrófobo (repele el agua): aceites, grasas, ceras, PP, PE, fluoropolímeros como el PTFE.
- Madera: tras talar contiene demasiada humedad; hay que llevarla al contenido de humedad en equilibrio (EMC) con el ambiente (depende de temperatura y humedad relativa). Humedad absorbida (paredes celulares) vs libre (cavidades e intercelulares).
- Secado al aire (barato, lento, depende del clima) vs en horno (rápido y preciso). Secado desigual → defectos: alabeo, combadura, acucharamiento, torsión.
- Nailon: absorbe humedad y cambia de dimensiones y rigidez (crítico en engranajes).
Medida de la rapidez con la que puede inflamarse un material y la rapidez con la que arde.
- Combustibilidad: capacidad de arder bajo ciertas condiciones (también resistencia a la ignición). Todo material inflamable es combustible, pero no todo combustible es inflamable (madera vs gasolina).
- Para el examen: «inflammable» y «flammable» son sinónimos; el antónimo es «nonflammable». Se usan retardantes de llama y ensayos normalizados de propagación (tapicería, ropa infantil, aislantes).
Propiedades mecánicas
Definición
Propiedades mecánicas: aspectos de un material afectados por la aplicación de una fuerza; propiedades que implican una relación entre tensión mecánica y deformación o una reacción a una fuerza aplicada.
- Curva tensión–deformación: pendiente del tramo recto inicial = módulo de Young (rigidez); altura del máximo = resistencia a la tracción; área bajo la curva = tenacidad; longitud del tramo plástico = ductilidad.
Capacidad de un material para soportar fuerzas de tracción.
Capacidad de un material para soportar ser empujado o aplastado.
- Valor citado = resistencia última a la tracción (UTS) = carga máxima ÷ sección transversal original (UTS = Fmáx / A₀), en MPa (1 Pa = 1 N/m²). Área de una barra circular: A = πd²/4.
- Hormigón y piedra: resisten mucho a compresión y poco a tracción (hormigón armado con acero; el arco trabaja a compresión). Fibra de carbono y cuerdas: resisten a tracción, pandean a compresión.
Capacidad de un material para resistir la flexión (deformación por plegado) y mantener su forma.
- Medida: módulo de elasticidad o de Young (E), en GPa; cuanto más empinada la recta, más rígido. Rígido (no se dobla) ≠ resistente (no rompe): el vidrio es rígido y poco resistente; el nailon, resistente y poco rígido.
- Contraste E (GPa): caucho 0,01–0,1 · nailon 2–4 · aluminio 69 · acero estructural 190–210 · carburo de wolframio 450–650. La madera es anisótropa (roble 11 GPa en la dirección de la veta).
Capacidad de un material para resistir la propagación de fisuras.
- Se lee en el área bajo la curva (rango plástico). Se mide por resistencia al impacto con los ensayos Izod y Charpy (entalla en V o U en probeta normalizada, rotura con péndulo; la altura que alcanza tras la rotura indica la energía absorbida).
- Fractura dúctil (tenaz): hay deformación plástica; superficie mate y fibrosa; absorbe energía. Fractura frágil: fallo súbito y catastrófico; superficie brillante y cristalina; sin deformación plástica.
- Depende de la temperatura: dúctil en caliente, frágil en frío; existe una temperatura de transición dúctil–frágil. Comprobar la tenacidad a la temperatura de trabajo.
Resistencia que ofrece un material a la penetración o al rayado.
- Estáticos (penetrador normalizado con carga fija; área o profundidad de la huella): Brinell, Rockwell, Vickers, Knoop (metales).
- Rayado: Mohs, lápiz (9B–9H), Bierbaum (minerales, cerámicas, pinturas). Janka: madera. Durómetro (Shore), Barcol: polímeros y compuestos (escala 0–100).
- Dinámicos (rebote): escleroscopio Shore, Leeb (metales).
- Las tablas de conversión entre escalas solo valen para el material con que se obtuvieron.
Grado en que un material volverá a su forma original tras ser deformado, una vez eliminada la fuerza que causó la deformación.
- Región elástica: relación carga–alargamiento lineal (ley de Hooke: la tensión es proporcional a la deformación).
Capacidad de un material para cambiar de forma permanentemente.
- Empieza donde acaba la elasticidad (límite elástico): la relación deja de ser lineal y queda deformación permanente. En metales, por deslizamiento (slip) de los átomos a lo largo de planos cristalográficos.
Capacidad de un material para deformarse plásticamente bajo fuerzas de compresión.
Capacidad de un material para ser estirado o extruido en una forma extendida, como un alambre.
- Plasticidad = concepto amplio; maleabilidad = a compresión (martillo); ductilidad = a tracción (tirar).
Materiales compuestos
Definición
Material compuesto: material formado por dos o más materiales combinados para mejorar sus propiedades físicas, mecánicas y químicas o sus características estéticas.
- Dos partes: matriz (da forma, transmite la carga y protege) + refuerzo (aporta resistencia o rigidez). Cada componente mejora las propiedades mecánicas, físicas, químicas o eléctricas del conjunto: hace lo que ninguno haría por separado.
- Tres tipos según el refuerzo:
- Reforzado con partículas: partículas dispersas en una matriz (hormigón; metal duro = carburo de wolframio en cobalto).
- Reforzado con fibras: fibras en matriz de metal, cerámica o plástico (normalmente resina epoxi), consolidadas con calor y presión (GRP, fibra de carbono, hormigón armado).
- Laminar: capas superpuestas, a menudo con orientaciones distintas (contrachapado, vidrio laminado, cartón ondulado).
- Naturales: hueso (hidroxiapatita rígida + colágeno flexible) y madera (fibras de celulosa en matriz de lignina).
- Claves de fibras: excelentes a tracción, pero una fibra aislada pandea a compresión; la matriz permite trabajar juntas a compresión sin separarse. Mayor relación de aspecto (longitud/diámetro) → más resistencia. La resistencia crece con el volumen de fibra hasta ~80 %; por encima, la matriz no envuelve todas las fibras. Disposiciones: continua unidireccional, continua en capas ortogonales, continua multidireccional, discontinua unidireccional, discontinua aleatoria.
- Por qué es más adecuado (explicar con un ejemplo): vidrio laminado (dos vidrios + intercalario polimérico): al romperse los fragmentos quedan pegados al plástico → vidrio de seguridad. Contrachapado: veta cruzada → resistencia alta en todas las direcciones (MDF y aglomerado, no).
Materiales inteligentes
Definición
Materiales inteligentes: materiales que han sido diseñados para tener una o más propiedades que pueden modificarse significativamente en respuesta a cambios en su entorno, es decir, cuando se someten a un estímulo externo de forma que se pueda controlar el resultado. Esta modificación (cambio) es reversible y puede repetirse.
- Reversible: al desaparecer el estímulo vuelve al estado anterior. Repetible: sin degradarse. Sin ambas no es inteligente.
Propiedad de un material inteligente. Un material piezoeléctrico emite una pequeña descarga eléctrica cuando se deforma y experimenta un aumento de su volumen cuando lo atraviesa una corriente eléctrica.
- Estímulo: presión/deformación. Efecto bidireccional (corriente alterna → vibra). Materiales: cuarzo (SiO₂), titanato de bario (BaTiO₃), PZT (titanato-circonato de plomo). Usos: relojes de cuarzo, ultrasonidos para ensayos no destructivos, encendedores, micrófonos, zumbadores, sensores de impacto.
Un material que «recuerda» y vuelve a una forma predefinida después de ser deformado. Esto se consigue en respuesta a los cambios en la temperatura o a una tensión.
- Aleaciones SMA; la más usada: Nitinol (Ni-Ti, casi iguales cantidades, no magnético, biocompatible).
- Mecanismo: cambio de fase sólido entre austenita (alta temperatura, fuerte) y martensita (baja temperatura, blanda). Forma en austenita → enfriar a martensita → deformar a nueva forma → calentar a austenita: recupera la original (memoria de una vía; con un enfriamiento final, de dos vías).
- Respuesta pasiva (no necesitan sensores); fluidos ER/MR y piezoeléctricos son de respuesta activa. Pseudoelasticidad: se doblan mucho y recuperan la forma.
Propiedad de un material inteligente. Un material fotocromático cambia de color en respuesta a un aumento de la luz. Cuando se retira la fuente de luz, vuelve a su color original.
- Oscurecimiento proporcional a la exposición UV (reacción fotoquímica reversible). Lentes de vidrio: AgCl en sílice, oxidación-reducción reversible; con UV se forma plata coloidal (absorbe hasta el 80 % de la luz); sin UV se recombina con los cloruros. Lentes de policarbonato: recubrimiento de moléculas orgánicas que cambian de forma con UV.
Propiedad inteligente relativa a un fluido que puede experimentar un cambio drástico en su viscosidad cuando se expone a un campo eléctrico. Este efecto se invierte cuando se elimina el campo eléctrico.
Propiedad inteligente relativa a un fluido que puede experimentar un cambio drástico en su viscosidad cuando se expone a un campo magnético. Este efecto se invierte cuando se elimina el campo magnético.
- Fluidos ER (campo eléctrico) y MR (campo magnético): suspensiones coloidales en aceite que se vuelven semisólidas con el campo; las partículas se alinean con las líneas de campo y la resistencia a cortadura depende de su intensidad (viscosidad controlable en tiempo real). Menor tamaño de partícula → más tiempo en suspensión.
- Requisitos: poco tóxico, no abrasivo, no corrosivo, larga vida de almacenamiento y servicio, punto de ebullición alto y de congelación bajo, sin sedimentación. Usos: suspensiones de automóvil, amortiguación de edificios, embragues, válvulas hidráulicas, hápticas.
Hace referencia a un material inteligente compuesto por dos conductores diferentes que producen una corriente eléctrica cuando se calientan.
- Dos sentidos: diferencia de temperatura → potencial eléctrico (efecto Seebeck, termopares); diferencia de potencial → cambio de temperatura (efecto Peltier, neveras portátiles). Generadores, refrigeración y recuperación de calor residual sin piezas móviles.
Materiales biodegradables
Definición
Los materiales biodegradables se descomponen en el medio ambiente tras su eliminación o al final de su vida útil (proceso por el que organismos vivos, principalmente bacterias y hongos, los descomponen en sustancias más simples y no tóxicas).
Cualquier material creado por, o derivado de, organismos biológicos, incluyendo plantas, animales, bacterias y hongos.
Modelo económico en el que los recursos permanecen en uso el mayor tiempo posible, de los que se extrae el máximo valor mientras están en uso, y los productos y materiales se recuperan y regeneran al final del ciclo de vida del producto.
- No todos los biomateriales son biodegradables, pero muchos sí: opción de final de vida que evita vertedero e incineración.
- Ventaja en la economía circular: biomateriales (en especial bioplásticos) mejoran la circularidad del ciclo de vida y reducen la huella de carbono porque proceden de fuentes renovables (plantas y microorganismos), frente a los derivados de combustibles fósiles.
- «Eliminar los residuos desde el diseño»: el residuo se evita en la fase de diseño, eligiendo materiales cuyo final de vida ya es un aporte al sistema. Biodegradable = ciclo biológico (vuelve a la biosfera como nutriente, compostaje). Reciclable = ciclo técnico (vuelve a la industria como materia prima). Dos rutas válidas: biodegradar o reciclar.
- Biobasado ≠ biodegradable (PET de origen vegetal no se degrada); «compostable» suele requerir planta industrial.
- Madera: renovable, producción con menos energía y contaminación que acero u hormigón; exige gestionar la deforestación (reforestación, certificación forestal, reciclaje); los protectores como la creosota complican el final de vida. Metales: no biodegradables pero infinitamente reciclables (aluminio reciclado ahorra hasta un 95 % de energía).
Clasificar por propiedades
Definición oficial (Guía)
Los materiales se clasifican sobre la base de sus propiedades físicas, químicas y mecánicas.
El alumnado debe ser capaz de: explicar cómo y por qué se clasifican los materiales y discutir las ventajas de clasificarlos en función de sus propiedades físicas, químicas y mecánicas.
Clasificar no es un capricho académico: es la herramienta que permite organizar, comprender y utilizar los materiales de forma eficaz. Un sistema de clasificación deja ver cómo se comporta cada material y cómo ese comportamiento se relaciona con su composición y su estructura interna. Sin esa relación, un diseñador solo podría elegir por ensayo y error.
Por qué clasificamos
Ventajas de clasificar por propiedades
- Comparar: permite poner materiales muy distintos (un acero y un polímero) en la misma tabla y medirlos con el mismo criterio.
- Predecir: si conoces la familia a la que pertenece un material, puedes anticipar su comportamiento antes de ensayarlo.
- Buscar patrones: se detectan relaciones entre estructura y propiedad (por ejemplo, enlace metálico deslocalizado → buena conductividad eléctrica y térmica).
- Filtrar candidatos: se descartan de golpe familias enteras que no cumplen un requisito (nada de polímeros si la pieza trabaja a 400 °C).
- Evaluar criterios de producción: coste, facilidad y eficiencia de fabricación, durabilidad en servicio, reparabilidad y reciclabilidad se pueden valorar antes de empezar a producir.
- Gestionar recursos y avanzar tecnológicamente: los nuevos materiales se desarrollan a partir de huecos detectados en la clasificación.
Las tres grandes familias de propiedades
Se observan y miden sin cambiar la composición química del material; son inherentes a su estado fundamental. Densidad, punto de fusión, color, conductividad térmica y eléctrica, coeficiente de dilatación térmica, textura y propiedades ópticas. Suelen determinarse con ensayos no destructivos.
Describen cómo se comporta el material bajo tensión, deformación y fuerzas aplicadas. Dureza, resistencia, tenacidad, ductilidad, rigidez, conformabilidad. Casi siempre exigen ensayos destructivos sobre probetas normalizadas.
Describen la capacidad del material de reaccionar o cambiar químicamente. Solo se hacen evidentes durante o después de una reacción: inflamabilidad, reactividad, oxidación, resistencia a la corrosión, toxicidad, acidez/basicidad.
Los sistemas de clasificación han cambiado con la historia
Tres sistemas de clasificación en la historia
- Aristóteles (384–322 a. C.): primer sistema registrado; cuatro elementos (tierra, agua, aire y fuego). Hoy descartado, pero dominó el pensamiento occidental hasta el siglo XVII.
- Tres Edades (C. J. Thomsen, 1826): Piedra, Bronce y Hierro, según el material dominante. Útil en arqueología, inútil para el diseño moderno.
- Tabla periódica (Mendeléyev, 1869; Moseley, 1913): ordena por número atómico y agrupa por propiedades químicas; fue predictiva, porque sus huecos llevaron a descubrir nuevos elementos.
Para fines de ingeniería, el libro de texto agrupa los materiales en siete grandes categorías: madera, metales, polímeros, cerámicas, textiles, cuero y materiales compuestos. Cada una se subdivide (los metales, por ejemplo, en ferrosos y no ferrosos; los compuestos, por matriz y por refuerzo).
Idea clave para el examen
- No existe un sistema de clasificación válido para todo. El sistema que elijas depende del propósito de la clasificación.
- La cadena que debes saber recitar: estructura interna → propiedades → clasificación → selección de material → proceso de fabricación.
Clasificar por fuente u origen
Definición oficial (Guía)
Los materiales se clasifican según su fuente u origen.
El alumnado debe ser capaz de: discutir los entramados estructurales, las estructuras laminares, las sólidas y las combinadas (por ejemplo, entramado y laminar), y cómo se utilizan en el diseño de productos. Deben comprender que los materiales se clasifican en naturales y artificiales, incluidos, por ejemplo, maderas, polímeros, metales, vidrio, textiles, materiales compuestos, materiales inteligentes y biomateriales.
Naturales frente a fabricados
Definición del glosario
Materiales naturales: materiales que se dan en el mundo natural.
Definición del glosario
Material fabricado: material que no se da de forma natural en el mundo. Es sintético o artificial.
| Familia | Origen | Definición / ejemplos |
|---|---|---|
| Madera (para la construcción) | Natural | Madera obtenida de árboles y preparada para su uso en la fabricación, la construcción y la carpintería. Se clasifica en duras (frondosas, de hoja caduca: roble, haya, arce, olmo, eucalipto) y blandas (coníferas: pino, cedro, ciprés). |
| Metales | Natural (extraídos de minerales) y procesados | Ferrosos (contienen hierro, son magnéticos): acero dulce, acero inoxidable, hierro fundido. No ferrosos: aluminio, cobre, latón, plata, plomo. |
| Polímeros | Fabricado | Materiales sintéticos fabricados a partir de compuestos químicos, denominados comúnmente plásticos: PET, policarbonato, polietileno, nailon, PTFE. |
| Vidrio | Fabricado (a partir de materias primas naturales) | Sólido amorfo duro, quebradizo y típicamente transparente que se obtiene enfriando rápidamente una fusión de arena, sosa y cal. |
| Textiles | Natural o fabricado | Material de tela o tejido: algodón y lana (naturales), poliéster y aramidas (fabricados). |
| Materiales compuestos | Natural o fabricado | Hueso y madera (naturales); hormigón armado, GRP, fibra de carbono, contrachapado (fabricados). |
| Materiales inteligentes | Fabricado | Nitinol (memoria de forma), PZT y cuarzo (piezoeléctricos), fluidos ER y MR, lentes fotocromáticas. |
| Biomateriales | Natural (de origen biológico) | Cualquier material creado por, o derivado de, organismos biológicos: plantas, animales, bacterias y hongos. Bioplásticos del PLA, micelio de hongos, quitina. |
Clasificación estructural: entramado, laminar, sólida y combinada
Los entramados, las estructuras laminares (de cáscara) y las sólidas son los bloques constructivos fundamentales del diseño de productos. Cada uno ofrece ventajas distintas en resistencia, peso y funcionalidad.
Compuesta por piezas interconectadas (vigas, pilares, barras) unidas para formar una estructura de soporte estable y rígida. Su función es soportar y transmitir cargas. Permitió la construcción en altura: el primer edificio con esqueleto portante, de diez plantas, se levantó en Chicago en 1884.
Tiene una capa exterior fina, hueca y a menudo curva, que permite grandes espacios diáfanos con un resultado visualmente llamativo. Su función es distribuir cargas de forma eficiente y crear estructuras ligeras que además actúan como capa protectora.
Está hecha de material denso, no es hueca, y suele emplearse como base o cimiento. El arco trabaja transfiriendo las cargas por compresión: dovelas en cuña forman la curva y la pieza central (clave) bloquea el conjunto.
Incluye elementos de los otros tipos para un fin concreto, aprovechando la fuerza de cada uno para lograr el mejor equilibrio entre resistencia, peso y eficiencia.
Ejemplos reales (libro de texto)
- Entramado — Torre Eiffel (París, construida entre 1887 y 1889 para la Exposición Universal de 1889): esqueleto de hierro pudelado con miles de barras remachadas. También: cuadros de bicicleta, chasis de coche, puentes en celosía y la Estatua de la Libertad.
- Entramado — puentes de hormigón: las pilas y el tablero de un paso elevado forman una red de elementos interconectados que reparte cargas y resiste fuerzas.
- Laminar — Ópera de Sídney: las «velas» de la cubierta son cáscaras de hormigón. También: cáscaras de huevo, iglús, fuselajes de avión, cascos de barco, carrocerías, la cúpula del observatorio del Monte Palomar, el Capitolio de EE. UU. y la cubierta del Estadio Nacional de Singapur.
- Sólida — arco de arenisca: montañas, presas, cimentaciones de hormigón y arcos de piedra.
- Combinada — carrocería de automóvil: bloque motor sólido + chasis de entramado + carrocería exterior laminar. Igualmente el fuselaje de un avión (entramado interior con piel exterior) o un estadio cubierto (muros sólidos de hormigón, cubierta de entramado metálico y cáscara).
barras + nudos
piel fina curva
masa densa
lo mejor de cada una
Las estructuras combinadas permiten productos funcionalmente resistentes y estéticamente atractivos.
Aleaciones ferrosas y no ferrosas: el caso de los metales
Los metales puros casi nunca se usan tal cual: la mayoría son demasiado blandos, frágiles o químicamente reactivos para un uso práctico. Por eso se alean: una aleación es una mezcla que contiene al menos un metal, ya sea metal + metal (bronce = cobre + estaño) o metal + no metal (acero al carbono = hierro + carbono). Frente al metal puro, la aleación gana resistencia y dureza y pierde maleabilidad y ductilidad, porque los átomos «extraños» dificultan el deslizamiento de los planos de la red cristalina.
| Aleación | Composición | Propiedades y usos |
|---|---|---|
| Acero dulce (bajo en carbono) | 0,1–0,3 % C, resto hierro | Tenaz y dúctil, fácil de soldar; se oxida. Ingeniería general, estructuras, carrocerías. |
| Acero inoxidable | Hierro + cromo + níquel | Resistente a manchas y corrosión gracias a una capa de óxido de cromo de pocos nanómetros. Cubertería, instrumental quirúrgico, fregaderos. |
| Hierro fundido | 2–6 % C, resto hierro | Muy resistente a compresión pero frágil. Bloques de motor, tapas de alcantarilla, bancadas de máquina. |
| Aluminio y sus aleaciones | Al con Cu, Mg, Si, Zn | Muy ligero (densidad ~2,7 g/cm³), buen conductor, autoprotegido por su óxido. Aviación, carpintería de ventanas, menaje, latas. |
| Cobre | Cu puro | Excelente conductor eléctrico (5,98 × 107 S/m) y térmico (380 W m-1 K-1). Cableado, tuberías, intercambiadores. |
| Latón | Cobre 65 % + zinc 35 % | Fácil de mecanizar, buen aspecto dorado, no magnético. Ornamentos, grifería, componentes eléctricos. |
| Plata de ley | Plata + cobre | El mejor conductor eléctrico conocido; la plata pura es demasiado blanda. Joyería, contactos. |
| Plomo | Pb | Muy denso y blando, baja temperatura de fusión. Cubiertas, baterías, protección radiológica. |
Regla rápida: ferroso = contiene hierro = magnético = se oxida (salvo el inoxidable). Todo lo demás es no ferroso.
Identificar el material más adecuado
Definición oficial (Guía)
Identificar el material más adecuado para un producto es una tarea compleja y desafiante que implica la consideración de las propiedades físicas, químicas y mecánicas, así como las características estéticas.
El alumnado debe ser capaz de: evaluar las propiedades físicas, químicas y mecánicas para garantizar la selección del material más adecuado para un propósito específico.
La elección, entre un abanico de opciones que compiten entre sí, del material más adecuado para un fin concreto puede ser difícil y a menudo exige equilibrar propiedades que se contradicen. Un material muy duro suele ser poco tenaz; uno muy resistente suele ser denso; uno barato suele durar menos. Comparando y contrastando propiedades, el diseñador toma decisiones informadas que encajan con los requisitos del proyecto.
El conflicto entre propiedades: ejemplos que debes saber
Compromisos típicos (trade-offs)
- Dureza frente a tenacidad: el vidrio templado es durísimo en superficie pero rompe de golpe; el acero dulce se raya con facilidad pero absorbe muchísima energía antes de fallar.
- Resistencia frente a densidad: el acero de alta resistencia (1550 MPa, 7,85 g/cm³) frente a la fibra de carbono (5250 MPa, 1,8 g/cm³): la fibra gana en resistencia específica, pero cuesta unas cinco veces más.
- Conductividad térmica frente a aislamiento: el aluminio conduce 230 W m-1 K-1 (ideal para un disipador) y el poliuretano 0,02 (ideal para una nevera). El mismo producto puede necesitar ambos.
- Rendimiento frente a coste y sostenibilidad: una aleación de titanio para una bicicleta cuesta unos 2400 € frente a 450 € del acero de alta resistencia 4130, con prestaciones parecidas.
Herramientas profesionales de evaluación
Los paquetes profesionales de CAD incorporan tablas de propiedades de materiales para ayudar a seleccionar el más adecuado. Esas tablas incluyen densidad, dureza, resistencia a la tracción, conductividad eléctrica, coeficientes de dilatación y otras propiedades relevantes, lo que permite comparar rápidamente materiales frente a criterios concretos a medida que se desarrollan las distintas iteraciones del producto.
propiedades necesarias
por clasificación
candidatos en tabla
prototipar
la elección
El proceso de evaluación es iterativo: un ensayo fallido te devuelve a la fase de cribado.
Ejemplo aplicado: una sartén antiadherente
- Física: el cuerpo necesita alta conductividad térmica → aluminio (230 W m-1 K-1) o cobre, no acero inoxidable (16).
- Química: el revestimiento debe ser inerte con los alimentos e hidrófobo → PTFE (Teflón).
- Mecánica: el mango debe ser rígido y no fundir → polímero termoestable (baquelita) o acero inoxidable.
- Estética: acabado exterior esmaltado, con textura y color que transmitan calidad.
- El compromiso: el aluminio conduce mejor pero se raya; se resuelve combinando materiales (base de aluminio con difusor de acero para inducción).
Propiedades físicas
Definición oficial (Guía)
Las propiedades físicas incluyen aspectos de un material que se pueden medir y observar sin que este cambie en modo alguno.
Definición del glosario
Propiedades físicas: cualquier propiedad que sea medible y que describa un estado de los materiales, incluidas la densidad, la expansión térmica, la conductividad térmica, el punto de fusión, la resistividad eléctrica y la conductividad eléctrica. Estas propiedades suelen ser las características de los materiales que pueden identificarse mediante pruebas no destructivas.
El alumnado debe ser capaz de: explicar la densidad, la expansión térmica, la conductividad térmica, el punto de fusión, la resistividad eléctrica y la conductividad eléctrica.
Densidad
Masa por unidad de volumen de un material. Su importancia radica en la portabilidad del peso y el tamaño de un producto.
Se mide en kg/m³ en el SI (o g/cm³ en la práctica del taller). Es una propiedad intrínseca o inherente: no depende de la cantidad de material presente. Un gramo de aluminio y una tonelada de aluminio tienen la misma densidad.
La densidad decide diseños
- Bicicleta de carretera: fibra de carbono (1,8 g/cm³) frente a acero (7,85) → cuadro de menos de un kilo.
- Espumas de embalaje: densidad bajísima para proteger sin encarecer el transporte, que se factura por volumen y peso.
- Plomo (11,3 g/cm³): se elige precisamente por ser denso, en contrapesos y protección radiológica.
Dilatación (expansión) térmica
Medida del grado de aumento de las dimensiones (longitud, área o volumen) cuando un objeto se calienta.
Al calentar un material, la energía térmica aumenta la vibración de los átomos, crece la separación atómica y por tanto crecen las dimensiones. Se cuantifica con el coeficiente de dilatación lineal (α), en mm por mm y por grado (10-6 K-1). La fórmula que debes manejar es:
Δl = α · l · ΔT — cambio de longitud = coeficiente × longitud inicial × cambio de temperatura.
| Material | α (10-6 K-1) a 20 °C |
|---|---|
| Vidrio Pyrex | 4 |
| Vidrio plano | 9 |
| Fundición gris | 10,8 |
| Acero dulce | 11 |
| Oro | 14,2 |
| Cobre | 18 |
| Latón | 18,7 |
| Aluminio | 24 |
| PVC | 50,4 |
| Baquelita / Nailon 6.6 | 80 |
Datos del ASM Metals Reference Book, 3.ª ed., 1993, recogidos en Metcalfe. Observa el salto: los polímeros dilatan de 4 a 8 veces más que los metales.
Problema resuelto (del libro de texto)
- Contracción de una barra de acero: una barra sale del horno a 600 °C midiendo 250 mm. ¿Cuánto medirá a 20 °C? Δl = 11 × 10-6 × 0,250 × (600 − 20) = 0,00638 m = 6,38 mm. Longitud final: 250 − 6,38 = 244 mm.
- Aplicación de diseño — ajuste por contracción: un pasador de acero de 150 mm se monta en un alojamiento mecanizado a 149,85 mm (interferencia de 0,15 mm): se calienta el alojamiento hasta que dilata lo suficiente, entra el pasador y al enfriar aprieta. Si los dos materiales tienen coeficientes distintos, cualquier cambio de temperatura en servicio altera esa interferencia.
- En la vida real: juntas de dilatación en puentes y vías, holgura entre encimeras y paredes, y la razón por la que no se mete un vaso de vidrio ordinario en el horno (dilata 9 frente a 4 del Pyrex y se agrieta).
Conductividad térmica
Medida de la rapidez con la que se conduce el calor a través de una placa de material con una diferencia de temperatura dada a través de la placa.
Cuando hay un gradiente de temperatura, el calor fluye de la zona caliente a la fría. La conductividad térmica (K), en W m-1 K-1, mide la eficiencia de ese transporte: a mayor K, mayor caudal de calor. Los metales tienen K alta (electrones libres que transportan energía); los polímeros y las cerámicas la tienen baja y actúan como aislantes.
| Material | K (W m-1 K-1) | Uso típico derivado |
|---|---|---|
| Grafito | 2000 | Disipadores de altas prestaciones |
| Plata | 429 | Contactos de precisión |
| Cobre | 380 | Bases de sartén, intercambiadores |
| Aluminio | 230 | Disipadores de CPU, menaje |
| Fundición gris | 55 | Bloques de motor |
| Acero dulce | 54 | Estructura |
| Acero inoxidable austenítico | 16 | Menaje (necesita difusor) |
| PTFE / Nailon 6.6 | 0,25 | Revestimientos, engranajes |
| Baquelita | 0,23 | Mangos de sartén y de plancha |
| Roble | 0,16 | Carpintería, suelos cálidos al tacto |
| Aire en reposo | 0,024 | El aislante barato por excelencia |
| Poliuretano | 0,02 | Espuma de neveras y cámaras frigoríficas |
Fíjate en el rango: del grafito al poliuretano hay un factor de 100 000. Por eso la espuma de poliuretano, que atrapa aire, es aún mejor aislante que el aire libre.
Punto de fusión
Temperatura a la que un material se transforma de sólido a líquido.
En el punto de fusión coexisten en equilibrio las fases sólida y líquida. Depende de la fuerza de los enlaces intermoleculares: cuanto más fuertes, más energía hace falta para romperlos y mayor es el punto de fusión. En los metales sólidos, los átomos forman una red metálica con electrones deslocalizados compartidos por toda la estructura; esos enlaces fuertes explican sus puntos de fusión altos. El mercurio, con enlaces metálicos débiles, funde a −38,83 °C. En el hielo son los puentes de hidrógeno los que fijan la fusión en 0 °C.
Escala de referencia (°C): mercurio −38,8 · hielo 0 · galio 29,8 (funde en la mano) · parafina 46–68 · estaño 231,9 · plomo 327,5 · aluminio 660,3 · plata 961,8 · cobre 1085 · hierro 1538 · wolframio 3422 (de ahí su uso en filamentos de bombilla).
Resistividad y conductividad eléctricas
Medida de la capacidad de un material para conducir la electricidad. Un material con baja resistividad conducirá bien la electricidad.
La conductividad (σ) y la resistividad (ρ) miden la facilidad con la que los electrones libres se mueven por el material; son propiedades inherentes y recíprocas: σ = 1/ρ (estrictamente cierto solo en metales). La resistividad en los metales nace del choque de los electrones con:
- Imperfecciones de la red (por ejemplo, las creadas por deformación en frío).
- Átomos de soluto (impurezas).
- Vibraciones de la red inducidas térmicamente (temperatura).
La temperatura es el factor de mayor peso: al subir, aumentan las vibraciones de red y con ellas la resistividad. En los semiconductores ocurre lo contrario: al calentar, más electrones saltan de la banda de valencia a la de conducción, aumentan los portadores de carga y la conductividad mejora. Este comportamiento opuesto es la base de los termistores NTC.
Conductividad σ en S/m: plata 6,29 × 107 · cobre 5,98 × 107 · aluminio 3,77 × 107 · hierro 1,02 × 107 · germanio 2,13 (semiconductor) · vidrio de ventana 2 × 10-5 · polietileno y mica 10-11 a 10-17 (aislantes). La resistividad ρ es su inversa.
Decisión de diseño
- Cableado doméstico: la plata conduce algo mejor que el cobre, pero el cobre cuesta una fracción → se usa cobre. En alta tensión se usa aluminio: conduce peor pero pesa un tercio, así que hacen falta menos torres. El PVC (resistividad altísima) aísla esos mismos cables.
Propiedades químicas
Definición oficial (Guía)
Las propiedades químicas incluyen los aspectos de un material que hacen que reaccione químicamente con otro.
Definición del glosario
Propiedades químicas: propiedad de un material que sólo se hace evidente durante o después de una reacción química.
El alumnado debe ser capaz de: explicar la resistencia a la corrosión, la reactividad (seguridad alimentaria), la higroscopia y la inflamabilidad.
Resistencia a la corrosión
Capacidad de un material para resistir los daños causados por la oxidación u otras reacciones químicas.
La corrosión es una reacción electroquímica que convierte los metales en óxidos, sales u otros compuestos. Un metal corroído pierde resistencia, ductilidad y otras propiedades mecánicas importantes. Para que haya corrosión deben darse tres condiciones a la vez:
(metales distintos o
zonas con distinta
concentración)
metálica entre
ambos
(por ejemplo,
agua)
Elimina cualquiera de los tres y detienes el proceso. Esa es la lógica de todas las medidas anticorrosión.
La clave está en el tipo de óxido que se forma. Si el óxido es denso y bien adherido, protege la superficie y el metal queda pasivado. Si es poroso y mal adherido (como el del acero al carbono), deja pasar las especies corrosivas o se desprende, exponiendo metal nuevo al ataque.
La paradoja del acero inoxidable
- El inoxidable resiste la corrosión precisamente porque es muy reactivo con el oxígeno: forma en segundos una capa de óxido de cromo de pocos nanómetros que bloquea el ataque posterior.
- El aluminio hace lo mismo con su capa de Al2O3.
- Ambos tienen una propiedad autorreparadora: si los rayas, la capa protectora se regenera inmediatamente.
Medidas anticorrosión en productos reales
- Tratamientos superficiales: recubrimiento electrolítico y anodizado, pintura, sellado.
- Diseño para evacuar el agua: el agua no se puede evitar, pero sí controlar con caminos de drenaje, agujeros de desagüe y sellantes que impidan la entrada. Es diseño puro, no química.
- Ánodos de sacrificio: los cascos de acero de los barcos se protegen con barras de zinc atornilladas a la superficie. El zinc, más reactivo, se corroe en lugar del acero. Es la protección catódica.
- Contacto entre metales distintos: no siempre se puede evitar por razones de peso, coste o función; entonces se aísla la junta con arandelas no conductoras.
Reactividad (seguridad alimentaria)
Propiedad química de un material que representa el grado en que reaccionará con otro (incluido el aire) hasta volverse inseguro para entrar en contacto con los alimentos.
En seguridad alimentaria, la reactividad abarca dos cosas: la respuesta de una persona a un alimento (alergias e intolerancias —gluten, frutos secos, marisco—, que se declaran en la etiqueta) y la interacción entre el alimento y su envase. El envase prolonga la vida útil protegiendo del ambiente y de los microorganismos, pero con el tiempo puede reaccionar con el contenido y alterar sabor, textura, color, valor nutricional y seguridad. Por eso las etiquetas llevan «consumir preferentemente antes de», «fecha de caducidad» y recomendaciones de conservación.
| Mecanismo | Qué ocurre | Consecuencia de diseño |
|---|---|---|
| Oxidación | Pérdida de electrones o adición/eliminación de oxígeno; ataca grasas, proteínas e hidratos de carbono. La luz UV la acelera. | El aceite de oliva y algunas bebidas se envasan en vidrio coloreado, no en tarro transparente. |
| Hidrólisis | El agua rompe moléculas de grasas, proteínas e hidratos. Es la responsable del enranciamiento de mantequillas y aceites. | Envases barrera a la humedad y desecantes. |
| Migración | Productos químicos del envase pasan (lixivian) al alimento. | Ciertos plásticos con bisfenol A (BPA) o ftalatos no se consideran seguros para contacto alimentario. Las latas metálicas llevan revestimiento polimérico interior: si se daña, los iones metálicos migran y dan sabor metálico, sobre todo con alimentos ácidos (cítricos, tomate). |
Todos estos mecanismos se aceleran con la temperatura: de ahí «conservar en lugar fresco y seco».
Higroscopia
Definición del glosario
Higroscopia: propiedad química de un material que tiene la capacidad de absorber la humedad del ambiente de alrededor.
Un material higroscópico (o hidrófilo) «busca» y retiene moléculas de agua del entorno, por absorción o adsorción. Lo contrario es hidrófobo («que teme al agua»): repele el agua.
| Higroscópicos (hidrófilos) | Hidrófobos |
|---|---|
| Bolsitas desecantes de los envases de electrónica, sal, polietilenglicol (PEG), alcohol polivinílico (PVA), ácido poliacrílico (PAA), semillas con extensiones higroscópicas que las ayudan a dispersarse, madera, nailon. | Aceites, grasas, ceras, polipropileno (PP), polietileno (PE) y fluoropolímeros como el PTFE (Teflón), usado en sartenes antiadherentes y aplicaciones resistentes al agua. |
La higroscopia de la madera: por qué importa al diseñador
- Cuando se tala un árbol, la madera contiene demasiada humedad para usarla en ingeniería o diseño de productos. Hay que reducirla hasta el contenido de humedad en equilibrio (EMC) con el ambiente, que depende de la temperatura y de la humedad relativa.
- Se distingue la humedad absorbida (en las paredes celulares) de la humedad libre (en las cavidades celulares y espacios intercelulares).
- El secado puede ser al aire (tablas apiladas al exterior o en cobertizo; barato pero lento y a merced del clima) o en horno (cámaras aisladas con calor, circulación de aire y humedad controlados; rápido y preciso).
- Si el secado es desigual aparecen defectos: alabeo, combadura, acucharamiento y torsión. Un mueble bien diseñado deja holguras para el movimiento estacional de la madera.
- Lo mismo ocurre en polímeros: el nailon absorbe humedad y cambia de dimensiones y de rigidez, algo crítico en engranajes de precisión.
Inflamabilidad
Medida de la rapidez con la que puede inflamarse un material y la rapidez con la que arde.
Un término próximo es combustibilidad, que describe la capacidad de arder bajo ciertas condiciones y, por tanto, también la resistencia a la ignición. La relación es de inclusión: todos los materiales inflamables son combustibles, pero no todos los combustibles son inflamables. Un trozo de madera es combustible, pero necesita más calor o una exposición más larga a la llama para encenderse que un líquido inflamable como la gasolina.
Trampa de vocabulario (cae en el examen)
- En inglés, inflammable no es lo contrario de flammable: son sinónimos. El antónimo correcto es no inflamable (nonflammable).
- Consecuencia de diseño: los textiles de tapicería, la ropa infantil y los aislantes de construcción llevan retardantes de llama y deben superar ensayos normalizados de propagación.
Propiedades mecánicas
Definición oficial (Guía)
Las propiedades mecánicas incluyen los aspectos de un material afectados por la aplicación de una fuerza.
Definición del glosario
Propiedades mecánicas: propiedades de un material que implican una relación entre tensión mecánica y deformación o una reacción a una fuerza aplicada.
El alumnado debe ser capaz de: explicar la resistencia a la tracción y a la compresión, la rigidez, la dureza, la tenacidad, la maleabilidad, la elasticidad, la plasticidad y la ductilidad.
La curva tensión-deformación: el mapa de todo este apartado
La pendiente del tramo recto inicial es el módulo de Young (rigidez); la altura del máximo es la resistencia a la tracción; el área bajo la curva es la tenacidad; la longitud del tramo plástico indica la ductilidad. Una sola gráfica, cuatro propiedades.
Resistencia a la tracción y a la compresión
Capacidad de un material para soportar fuerzas de tracción.
Capacidad de un material para soportar ser empujado o aplastado.
La resistencia a la tracción mide la oposición del material a deformarse plásticamente bajo una carga de estiramiento. Cuando se cita un valor, se refiere a la resistencia última a la tracción (UTS): la carga máxima que soporta dividida por la sección transversal original. Se mide en MPa (1 Pa = 1 N/m²). Es la propiedad mecánica más citada de cualquier material.
Cálculo tipo examen (del libro de texto)
- Enunciado: determina la UTS de una barra de 15 mm de diámetro si la carga máxima que soporta es de 70 kN.
- Área: A = π(15 × 10-3)² / 4 = 1,767 × 10-4 m².
- UTS: 70 × 103 N ÷ 1,767 × 10-4 m² = 396 × 106 Pa = 396 MPa.
Muchos materiales son asimétricos: el hormigón y la piedra resisten enormemente a compresión y muy poco a tracción (por eso el hormigón se arma con acero y por eso el arco trabaja a compresión); la fibra de carbono y las cuerdas resisten a tracción pero no soportan compresión sin pandear.
Rigidez
Capacidad de un material para resistir la flexión (deformación por plegado) y mantener su forma.
La rigidez es la resistencia de un cuerpo elástico a ser deformado por una fuerza. La medida más citada es el módulo de elasticidad o módulo de Young (E), en GPa: es la pendiente del tramo recto de la curva tensión-deformación. Cuanto más empinada la recta, más rígido el material. No confundas rígido (no se dobla) con resistente (no rompe): el vidrio es rígido y poco resistente; el nailon es resistente y poco rígido.
| Material | Módulo de Young E (GPa) |
|---|---|
| Caucho | 0,01 – 0,1 |
| Nailon | 2 – 4 |
| Roble (en la dirección de la veta) | 11 |
| Vidrio | 50 – 90 |
| Aluminio | 69 |
| Cobre | 110 – 130 |
| Plástico reforzado con fibra de carbono | 150 |
| Acero estructural | 190 – 210 |
| Carburo de wolframio | 450 – 650 |
Adaptado del ASM Handbook (Metcalfe). Ojo con el roble: 11 GPa a lo largo de la veta; a través de ella es mucho menor. La madera es un material anisótropo.
Tenacidad
Definición del glosario
Tenacidad: capacidad de un material para resistir la propagación de fisuras.
La tenacidad se lee en el área bajo la curva dentro del rango plástico: cuanta más área, más tenaz el material y más energía hace falta para romperlo. En la práctica se mide por resistencia al impacto, con los ensayos Izod y Charpy: se mecaniza una entalla en «V» o en «U» en una probeta normalizada, se rompe con un péndulo y la altura que alcanza el péndulo tras la rotura indica la energía absorbida.
Fractura dúctil frente a fractura frágil
- Dúctil (tenaz): hay deformación plástica mientras avanza la fisura. Superficie mate y fibrosa, con deformación visible. Cuanta más deformación plástica se necesita para avanzar la grieta, más energía y más tenacidad.
- Frágil (poco tenaz): la grieta se propaga sin absorber energía extra. Fallo catastrófico y súbito, superficie brillante y cristalina, sin deformación plástica.
- La tenacidad depende de la temperatura: el mismo acero se comporta de forma dúctil en caliente y frágil en frío. La curva energía-temperatura tiene forma sigmoidal con una meseta superior (dúctil), una meseta inferior (frágil) y una temperatura de transición entre ambas.
Caso histórico: los buques Liberty
- En la Segunda Guerra Mundial, buques Liberty soldados se partieron súbitamente en aguas frías —el más célebre, el SS Schenectady—. La ingeniera Constance Tipper demostró que la causa no era la soldadura, sino el tipo de acero, que caía por debajo de su temperatura de transición dúctil-frágil. El «ensayo Tipper» fue el método estándar hasta ser sustituido por el Charpy.
- Lección de diseño: las propiedades de catálogo se miden a temperatura ambiente. Si tu producto trabaja a −20 °C, comprueba la tenacidad a esa temperatura.
Dureza
Definición del glosario
Dureza: resistencia que ofrece un material a la penetración o al rayado.
Hay muchos ensayos y conviene conocer la lógica de cada grupo: los estáticos con carga fija presionan un penetrador normalizado y miden el área o la profundidad de la huella; los dinámicos son ensayos de rebote.
| Ensayo | Se mide | Material típico |
|---|---|---|
| Brinell, Rockwell, Vickers, Knoop | Área o profundidad de la huella de un penetrador normalizado (bola de acero o carburo, cono o pirámide de diamante) con carga fija | Metales |
| Mohs, lápiz (9B–9H), Bierbaum | Rayado | Minerales, cerámicas, pinturas y recubrimientos |
| Janka | Fuerza en kN para hundir una bola de 11,28 mm hasta 5,64 mm | Madera |
| Durómetro (Shore), Barcol | Profundidad, escala 0–100 | Polímeros y compuestos |
| Escleroscopio Shore, Leeb (dinámicos) | Altura de rebote o relación de velocidades | Metales, ensayos portátiles de campo |
El durómetro no predice bien otras propiedades (tracción, abrasión, desgaste), por lo que se usa junto a otros ensayos. Y las tablas de conversión entre escalas solo valen para el material con el que se obtuvieron: no se extrapolan.
Elasticidad, plasticidad, maleabilidad y ductilidad
Grado en que un material volverá a su forma original tras ser deformado, una vez eliminada la fuerza que causó la deformación.
Dentro de la región elástica, la relación entre carga y alargamiento es lineal: es la ley de Hooke (Robert Hooke, siglo XVII), que se enuncia como «la tensión es proporcional a la deformación» y corresponde al tramo recto de la curva.
Capacidad de un material para cambiar de forma permanentemente.
La plasticidad empieza donde acaba la elasticidad. Pasado el límite elástico, la relación tensión-deformación deja de ser lineal y, al retirar la carga, el material conserva una deformación permanente. En los metales, la deformación plástica ocurre porque los átomos se desplazan unos respecto a otros a lo largo de planos cristalográficos de la red metálica, mediante un proceso llamado deslizamiento (slip).
Definición del glosario
Maleabilidad: capacidad de un material para deformarse plásticamente bajo fuerzas de compresión.
Definición del glosario
Ductilidad: capacidad de un material para ser estirado o extruido en una forma extendida, como un alambre.
Cómo distinguirlas sin equivocarte
- Plasticidad es el concepto amplio: deformarse permanentemente sin romperse.
- Maleabilidad es un caso particular a compresión: martillear o prensar hasta darle forma (oro batido en pan de oro, chapa embutida de una carrocería).
- Ductilidad es el caso particular a tracción: estirar, trefilar o extruir sin fracturar (hilo de cobre, perfil de aluminio extruido).
- Regla nemotécnica: maleable = martillo; dúctil = tirar.
Materiales compuestos
Definición oficial (Guía)
Los materiales compuestos están formados por dos o más materiales combinados para mejorar sus propiedades.
Definición del glosario
Material compuesto: material formado por dos o más materiales para mejorar sus propiedades físicas, mecánicas y químicas o sus características estéticas.
El alumnado debe ser capaz de: explicar con un ejemplo por qué la combinación de materiales puede crear materiales compuestos más adecuados para un propósito o contexto específico.
Un compuesto tiene siempre dos partes: una matriz (que da forma, transmite la carga y protege) y un refuerzo (que aporta resistencia o rigidez). Lo esencial es que los materiales están unidos de modo que cada uno contribuye a mejorar las propiedades mecánicas, físicas, químicas o eléctricas del conjunto. El compuesto hace lo que ninguno de sus componentes haría por separado.
(resina, cemento,
metal, cobalto)
(fibras, partículas,
láminas)
con propiedades
que ninguno tenía
Los tres tipos básicos según la forma del refuerzo: reforzados por partículas, por fibras y laminares.
Compuestos naturales
El hueso y la madera son compuestos naturales. El hueso combina la cerámica hidroxiapatita (fosfato cálcico) con el polímero natural colágeno dentro de una matriz proteica gelatinosa: el colágeno aporta fibras largas, resistentes y flexibles (como los hilos de una cuerda) y los pequeños cristales de hidroxiapatita adheridos a esas fibras aportan rigidez. Además las fibras se disponen en capas concéntricas alrededor de un vaso sanguíneo central, cada capa orientada en dirección opuesta a la anterior. El resultado es resistente y rígido sin dejar de ser flexible. La madera natural sigue el mismo principio: fibras de celulosa en una matriz de lignina.
Los tres tipos de compuesto
| Tipo | Cómo funciona | Ejemplos reales |
|---|---|---|
| Reforzado con partículas | Partículas simétricas o asimétricas dispersas en una matriz. | Hormigón (grava en matriz de cemento), metal duro (partículas de carburo de wolframio en matriz de cobalto, en plaquitas de corte), fundición de grafito esferoidal o fundición dúctil. |
| Reforzado con fibras | Fibras embebidas en una matriz (metal, cerámica o plástico, normalmente resina epoxi) y consolidadas con calor y presión. La unión fibra-matriz es la que da la resistencia. | GRP (poliéster reforzado con fibra de vidrio), fibra de carbono, hormigón armado (barras de acero en hormigón), ladrillos de barro con paja —uno de los primeros compuestos artificiales—. |
| Laminar | Capas superpuestas, a menudo con orientaciones distintas. | Contrachapado (número impar de chapas finas encoladas con la veta cruzada), vidrio laminado, cartón ondulado (ondulado entre dos caras lisas), tejido de vela de regata (film + bandas de carbono + Technora + tafetán). |
Claves de los compuestos de fibra (salen mucho en el examen)
- Las fibras son excelentes a tracción, pero una fibra aislada no soporta compresión: pandea. Al «pegarlas» dentro de una matriz, trabajan juntas y aceptan cargas de compresión sin separarse, conservando sus buenas propiedades a tracción.
- Cuanto mayor la relación de aspecto (longitud / diámetro) de la fibra, más resistente el compuesto.
- La resistencia crece con el volumen de fibra hasta un 80 % aproximadamente; por encima, la matriz ya no puede envolver todas las fibras.
- Disposiciones de fibra: continua unidireccional, continua en capas ortogonales, continua multidireccional, discontinua unidireccional y discontinua aleatoria.
Por qué un compuesto es «más adecuado»: casos citables
- Boeing 787 Dreamliner: más del 50 % de material compuesto en masa (80 % en volumen) y, por primera vez en un avión comercial, un fuselaje de fibra de carbono construido con barriles de unos 6 m. Objetivo: reducir peso manteniendo o mejorando prestaciones, y eliminar remaches y corrosión.
- Raquetas de tenis y cuadros de bicicleta: mejor relación resistencia-peso y mayor rigidez que los materiales convencionales.
- Vidrio laminado del parabrisas: dos vidrios con un intercalario polimérico unidos en autoclave. Al romperse produce el patrón de «tela de araña» y los fragmentos quedan pegados al plástico en vez de convertirse en esquirlas: por eso se llama vidrio de seguridad.
- Contrachapado: Fernando lo tenía bien clasificado como madera artificial; en el temario nuevo entra aquí, como compuesto laminar. Cruzar la veta de cada chapa le da resistencia alta en todas las direcciones, mientras que el MDF y el aglomerado, que no tienen esa estructura, tienen resistencia baja y muy poca tolerancia a la humedad. La silla de contrachapado moldeado de la danesa Grete Jalk (1963) demuestra además su valor estético.
- Hormigón reforzado con textil (TRC): textiles tejidos, de punto o no tejidos sustituyen a la armadura de acero, permitiendo estructuras de hormigón más finas y flexibles; hay versiones con fibra natural de sisal.
Materiales inteligentes
Definición oficial (Guía)
Los materiales inteligentes son materiales que tienen una o varias propiedades que pueden modificarse significativamente en respuesta a cambios en su entorno.
Definición del glosario
Materiales inteligentes: materiales que han sido diseñados para tener una o más propiedades que pueden modificarse cuando se someten a un estímulo externo de forma que se pueda controlar el resultado. Esta modificación (cambio) es reversible y puede repetirse.
El alumnado debe ser capaz de: explicar cómo se pueden seleccionar los materiales para que reaccionen ante estímulos externos, como la piezoelectricidad, la memoria de forma, el fotocromatismo, el magnetorreológico, la electroestática y la termoelectricidad.
Las dos palabras que no puedes olvidar
- Reversible: al desaparecer el estímulo, el material vuelve a su estado anterior.
- Repetible: el ciclo se puede repetir muchas veces sin degradarse.
- Sin esas dos condiciones no es un material inteligente, solo un material que se ha estropeado.
Piezoelectricidad
Un material piezoeléctrico emite una pequeña descarga eléctrica cuando se deforma y experimenta un aumento de su volumen cuando lo atraviesa una corriente eléctrica.
Descubierta por los físicos franceses Pierre y Jacques Curie en 1880: al aplicar presión a ciertos cristales como el cuarzo aparece una pequeña carga eléctrica en su superficie. El efecto es bidireccional: al pasar corriente, el material cambia de forma, y al invertir la polaridad cambia en sentido contrario; con corriente alterna vibra. Materiales típicos: cuarzo (SiO2), titanato de bario (BaTiO3) y titanato-circonato de plomo (PZT).
Aplicaciones
- Relojes de cuarzo: el cristal vibra a frecuencia constante y marca el tiempo.
- Ensayos no destructivos por ultrasonidos: una tensión alterna hace vibrar el cristal de la sonda y genera ondas sonoras; al volver reflejadas desde el fondo de la pieza o desde un defecto interno, deforman el cristal y este genera un voltaje que se representa en pantalla. Se usa para medir espesores de tuberías y depósitos y detectar defectos internos, con una sonda (eco-pulso) o con dos (emisión-recepción).
- Encendedores piezoeléctricos, micrófonos, zumbadores y sensores de impacto.
Memoria de forma
Un material que «recuerda» y vuelve a una forma predefinida después de ser deformado. Esto se consigue en respuesta a los cambios en la temperatura o a una tensión.
Las aleaciones con memoria de forma (SMA) se descubrieron en los años 30, pero fueron poco más que una curiosidad de laboratorio hasta los 60, cuando se produjo el Nitinol (Ni-Ti, acrónimo de Nickel Titanium Naval Ordnance Laboratory). Es no magnético, con cantidades casi iguales de níquel y titanio, y gracias a sus buenas propiedades mecánicas y a su biocompatibilidad es hoy la SMA más usada.
El mecanismo es un cambio de fase en estado sólido entre dos disposiciones de la red atómica: la austenita (fase de alta temperatura, relativamente fuerte, la «fase madre») y la martensita (fase de baja temperatura, relativamente blanda). Si se conforma la pieza en austenita, se enfría a martensita y se le da otra forma, mantendrá esa nueva forma hasta que se la recaliente, momento en que recupera la original.
austenita
martensita
nueva forma
austenita: recupera
Las etapas 1 a 4 son memoria de forma de una vía; añadiendo un enfriamiento final (etapa 5) se obtiene la memoria de dos vías.
Productos reales con Nitinol
- Monturas de gafas y antenas de teléfono móvil: aprovechan la pseudoelasticidad (se doblan muchísimo y recuperan la forma solos).
- Stents vasculares y arcos de ortodoncia, gracias a la biocompatibilidad y al carácter no magnético del Nitinol.
- Grifos de seguridad que cortan el agua demasiado caliente para evitar quemaduras infantiles; conectores eléctricos; controles de flujo de aire.
- Amortiguación sísmica pasiva: la cubierta de la Basílica de San Francisco de Asís está unida al muro con anclajes de Nitinol formados por haces de hilo que se estiran con la vibración y disipan las cargas sísmicas.
- Las SMA son dispositivos de respuesta pasiva (no necesitan sensores independientes), a diferencia de los fluidos ER y MR y de los piezoeléctricos, que son de respuesta activa.
Fotocromatismo
Un material fotocromático cambia de color en respuesta a un aumento de la luz. Cuando se retira la fuente de luz, vuelve a su color original.
El oscurecimiento es proporcional a la exposición a la luz ultravioleta y se debe a una reacción fotoquímica reversible. En las lentes de vidrio, moléculas de cloruro de plata (AgCl) dentro de la estructura de sílice sufren una reacción reversible de oxidación-reducción: con UV se forma plata coloidal que absorbe hasta el 80 % de la luz incidente; al retirar la radiación, la plata se recombina con los iones cloruro y la lente se aclara. En las lentes de policarbonato el efecto lo produce un recubrimiento de moléculas orgánicas que cambian de forma con el UV. Ejemplo cotidiano: las gafas «de transición».
Fluidos electrorreostáticos (ER) y magnetorreológicos (MR)
Propiedad inteligente relativa a un fluido que puede experimentar un cambio drástico en su viscosidad cuando se expone a un campo eléctrico (ER) o magnético (MR). Este efecto se invierte cuando se elimina el campo.
Son suspensiones coloidales en aceite que se vuelven semisólidas al aplicar un campo eléctrico (ER) o magnético (MR) y recuperan su estado fluido al retirarlo. Las partículas se alinean con las líneas de campo y la resistencia a cortadura del fluido depende de la intensidad del campo: variando el campo se controla la viscosidad en tiempo real, como si fueran interruptores de fluido. Cuanto menor es el tamaño de partícula, más tiempo permanece en suspensión.
Un fluido ER o MR debe además ser poco tóxico, no abrasivo y no corrosivo, tener larga vida de almacenamiento y de servicio, punto de ebullición alto y de congelación bajo, y sus partículas no deben sedimentar.
Aplicaciones
- Suspensiones de automóvil: el Cadillac Seville STS de 2002 y la segunda generación del Audi TT emplearon fluidos MR.
- Amortiguación de edificios: el Museo Nacional de Ciencias Emergentes de Tokio instaló dispositivos de fluido MR en todo el edificio para reducir las cargas de viento y sismo.
- Embragues, válvulas hidráulicas y amortiguadores; aplicaciones potenciales en dispositivos médicos (apnea del sueño, masaje cardíaco) y hápticas como tabletas y guantes braille.
Termoelectricidad
Hace referencia a un material inteligente compuesto por dos conductores diferentes que producen una corriente eléctrica cuando se calientan.
Funciona en los dos sentidos: ante una diferencia de temperatura se genera un potencial eléctrico (efecto Seebeck) y, a la inversa, ante una diferencia de potencial aparece un cambio de temperatura (efecto Peltier). Los dispositivos termoeléctricos permiten generadores, sistemas de refrigeración y recuperación de calor residual sin piezas móviles ni residuos contaminantes. Ejemplos cotidianos: los termopares de un horno o una caldera (Seebeck) y las neveras portátiles Peltier de 12 V de un coche.
Materiales biodegradables
Definición oficial (Guía)
Los materiales biodegradables se descomponen en el medio ambiente tras su eliminación o al final de su vida útil.
Definición del glosario
Biomateriales: cualquier material creado por, o derivado de, organismos biológicos, incluyendo plantas, animales, bacterias y hongos.
El alumnado debe ser capaz de: explicar cómo los biomateriales son una parte clave de la economía circular y pueden ser utilizados por los diseñadores/as para eliminar los residuos desde el diseño.
Definición del glosario
Economía circular: modelo económico en el que los recursos permanecen en uso el mayor tiempo posible, de los que se extrae el máximo valor mientras están en uso, y los productos y materiales se recuperan y regeneran al final del ciclo de vida del producto.
La biodegradación es el proceso por el que organismos vivos —principalmente microorganismos como bacterias y hongos— descomponen los materiales en sustancias más simples y no tóxicas. No todos los biomateriales son biodegradables, pero muchos lo son, y eso ofrece una opción valiosa de final de vida que evita el vertedero y la incineración.
Los biomateriales, y en especial los bioplásticos, mejoran la circularidad del ciclo de vida del producto y reducen su huella de carbono porque proceden de fuentes renovables (plantas y microorganismos). Esa es su ventaja significativa frente a los materiales derivados de combustibles fósiles dentro de una economía circular.
«Eliminar los residuos desde el diseño»
- La frase de la guía significa que el residuo no se gestiona al final: se evita en la fase de diseño, eligiendo materiales cuyo final de vida ya es un aporte al sistema.
- Un biomaterial biodegradable cierra el ciclo biológico: vuelve a la biosfera como nutriente (compostaje).
- Un material técnico reciclable cierra el ciclo técnico: vuelve a la industria como materia prima.
- Cuidado con el matiz: biobasado ≠ biodegradable. El PET de origen vegetal es biobasado pero no se degrada; y un material solo «compostable» suele necesitar una planta industrial, no el compostador del jardín.
Ejemplos y contexto
- Cubiertos y vajilla biodegradables de fécula, bambú o PLA, ejemplo que el libro usa para ilustrar este punto.
- Embalaje de micelio de hongo cultivado sobre residuos agrícolas, que sustituye al poliestireno expandido y se composta en semanas.
- Madera: renovable, se regenera con energía solar en un ciclo continuo y su producción consume menos energía y contamina menos aire y agua que el acero o el hormigón. Pero exige gestionar la deforestación (pérdida permanente de cubierta vegetal) con reforestación, certificación forestal y reciclaje de la madera de desecho. Las maderas tratadas con creosota u otros protectores duran más, pero complican su final de vida.
- Metales — el contraejemplo útil: no son biodegradables, pero son infinitamente reciclables sin perder propiedades. El aluminio reciclado ahorra hasta un 95 % de la energía necesaria para obtenerlo del mineral. Demuestra que en la economía circular hay dos rutas válidas: biodegradar o reciclar.
Los 37 términos oficiales de A3.1
Definiciones exactas del glosario del IB (actualizado en abril de 2026). Memorízalas literalmente: el examen puede preguntarlas tal cual. Es el subtema con más vocabulario de todo el Nivel Medio.
| Término | Definición |
|---|---|
| Biomateriales | Cualquier material creado por, o derivado de, organismos biológicos, incluyendo plantas, animales, bacterias y hongos. |
| Conductividad térmica | Medida de la rapidez con la que se conduce el calor a través de una placa de material con una diferencia de temperatura dada a través de la placa. |
| Densidad | Masa por unidad de volumen de un material. Su importancia radica en la portabilidad del peso y el tamaño de un producto. Los contextos de diseño incluyen el envasado de alimentos, porque los alimentos preenvasados se venden por peso y volumen, y las espumas de envasado. |
| Dilatación térmica | Medida del grado de aumento de las dimensiones (longitud, área o volumen) cuando un objeto se calienta. |
| Ductilidad | Capacidad de un material para ser estirado o extruido en una forma extendida, como un alambre. |
| Dureza | Resistencia que ofrece un material a la penetración o al rayado. |
| Economía circular | Modelo económico en el que los recursos permanecen en uso el mayor tiempo posible, de los que se extrae el máximo valor mientras están en uso, y los productos y materiales se recuperan y regeneran al final del ciclo de vida del producto. |
| Elasticidad | Grado en que un material volverá a su forma original tras ser deformado, una vez eliminada la fuerza que causó la deformación. |
| Electroreostática | Propiedad inteligente relativa a un fluido que puede experimentar un cambio drástico en su viscosidad cuando se expone a un campo eléctrico. Este efecto se invierte cuando se elimina el campo eléctrico. |
| Fotocromatismo | Propiedad de un material inteligente. Un material fotocromático cambia de color en respuesta a un aumento de la luz. Cuando se retira la fuente de luz, vuelve a su color original. |
| Higroscopia | Propiedad química de un material que tiene la capacidad de absorber la humedad del ambiente de alrededor. |
| Inflamabilidad | Medida de la rapidez con la que puede inflamarse un material y la rapidez con la que arde. |
| Madera (para la construcción) | Madera obtenida de árboles y preparada para su uso en la fabricación, la construcción y la carpintería. Se clasifican en maderas blandas y duras en función del tipo de árbol del que proceden. |
| Magnetorreológico | Propiedad inteligente relativa a un fluido que puede experimentar un cambio drástico en su viscosidad cuando se expone a un campo magnético. Este efecto se invierte cuando se elimina el campo magnético. |
| Maleabilidad | Capacidad de un material para deformarse plásticamente bajo fuerzas de compresión. |
| Material compuesto | Material formado por dos o más materiales para mejorar sus propiedades físicas, mecánicas y químicas o sus características estéticas. |
| Material con memoria de forma | Un material que «recuerda» y vuelve a una forma predefinida después de ser deformado. Esto se consigue en respuesta a los cambios en la temperatura o a una tensión. |
| Material fabricado | Material que no se da de forma natural en el mundo. Es sintético o artificial. |
| Materiales inteligentes | Materiales que han sido diseñados para tener una o más propiedades que pueden modificarse cuando se someten a un estímulo externo de forma que se pueda controlar el resultado. Esta modificación (cambio) es reversible y puede repetirse. |
| Materiales naturales | Materiales que se dan en el mundo natural. |
| Piezoelectricidad | Propiedad de un material inteligente. Un material piezoeléctrico emite una pequeña descarga eléctrica cuando se deforma y experimenta un aumento de su volumen cuando lo atraviesa una corriente eléctrica. |
| Plasticidad | Capacidad de un material para cambiar de forma permanentemente. |
| Polímero | Materiales sintéticos fabricados a partir de compuestos químicos denominados comúnmente plásticos. |
| Propiedades físicas | Cualquier propiedad que sea medible y que describa un estado de los materiales, incluidas la densidad, la expansión térmica, la conductividad térmica, el punto de fusión, la resistividad eléctrica y la conductividad eléctrica. Estas propiedades suelen ser las características de los materiales que pueden identificarse mediante pruebas no destructivas. |
| Propiedades mecánicas | Propiedades de un material que implican una relación entre tensión mecánica y deformación o una reacción a una fuerza aplicada. |
| Propiedades químicas | Propiedad de un material que sólo se hace evidente durante o después de una reacción química. |
| Punto de fusión | Temperatura a la que un material se transforma de sólido a líquido. |
| Reactividad (seguridad alimentaria) | Propiedad química de un material que representa el grado en que reaccionará con otro (incluido el aire) hasta volverse inseguro para entrar en contacto con los alimentos. |
| Resistencia a la compresión | Capacidad de un material para soportar ser empujado o aplastado. |
| Resistencia a la corrosión | Capacidad de un material para resistir los daños causados por la oxidación u otras reacciones químicas. |
| Resistencia a la tracción | Capacidad de un material para soportar fuerzas de tracción. |
| Resistividad eléctrica (conductividad eléctrica) | Medida de la capacidad de un material para conducir la electricidad. Un material con baja resistividad conducirá bien la electricidad. |
| Rigidez | Capacidad de un material para resistir la flexión (deformación por plegado) y mantener su forma. |
| Tenacidad | Capacidad de un material para resistir la propagación de fisuras. |
| Termoelectricidad | Hace referencia a un material inteligente compuesto por dos conductores diferentes que producen una corriente eléctrica cuando se calientan. |
| Textiles | Material de tela o tejido. |
| Vidrio | Sólido amorfo duro, quebradizo y típicamente transparente que se obtiene enfriando rápidamente una fusión de arena, sosa y cal. |
Preguntas estilo examen
Adaptadas de los ejercicios del libro de texto (Metcalfe) y del formato de los Papers del IB.
1.Las pilas y el tablero de un puente de hormigón son un ejemplo de:
- A. estructura sólida
- B. estructura laminar
- C. estructura de entramado
- D. estructura combinada
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2.El módulo de Young es una medida de la:
- A. ductilidad
- B. rigidez
- C. tenacidad
- D. resistencia a la tracción
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3.Los materiales compuestos de fibra avanzados presentan su mayor resistencia mecánica cuando se someten a:
- A. cortadura
- B. torsión
- C. tracción
- D. compresión
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4.La dureza puede definirse como:
- A. la resistencia de un material al rayado
- B. la resistencia de un material al alargamiento
- C. la resistencia de un material a la penetración
- D. tanto A como C
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5.Una barra de acero sale del horno a 600 °C con una longitud de 250 mm. Sabiendo que α = 11 × 10-6 K-1, calcula su longitud a 20 °C.
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6.Explica qué se entiende por «material inteligente».
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7.Explica, con un ejemplo, cómo los materiales compuestos pueden presentar propiedades superiores a las de sus componentes.
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8.Explica por qué el acero inoxidable tiene una alta resistencia a la corrosión.
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9.Describe la diferencia entre maleabilidad y ductilidad.
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10.Discute por qué el vidrio laminado se denomina vidrio de seguridad y se prefiere para los parabrisas de automóvil.
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Preguntas transversales
Conexiones con otras unidades — útiles para respuestas de síntesis en Paper 2. Se han conservado solo las preguntas de la guía que enlazan con subtemas del Nivel Medio.
- A2.2¿Cuándo restringen las propiedades físicas de los materiales la posibilidad de utilizar determinadas técnicas de creación de prototipos?
- B2.2¿Cómo pueden las características de un material limitar la eficacia de la creación de modelos y prototipos a medida que se desarrollan los diseños?
- C2.1 · C2.2¿Cómo podría influir el desarrollo continuo de materiales biodegradables en la capacidad de los diseñadores/as de abordar aspectos del diseño para la sostenibilidad y la economía circular?
- C3.1¿Por qué el conocimiento profundo de los materiales es clave para el análisis y la evaluación eficaz de los productos?