la ciencia de materiales

es el campo científico encargado de investigar la relación entre la estructura y las propiedades de los materiales. Paralelamente, conviene matizar que la ingeniería de materiales se fundamenta en esta, las relaciones propiedades-estructura-procesamiento-funcionamiento, y diseña o proyecta la estructura de un material para conseguir un conjunto predeterminado de propiedades.

La ciencia de materiales es, por ello mismo, un campo multidisciplinar que estudia los conocimientos fundamentales sobre las propiedades físicas macroscópicas de los materiales y los aplica en varias áreas de la ciencia y laingeniería, consiguiendo que éstos 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 y eléctrica o medicina, biología y ciencias ambientales. Con la atención puesta de los medios en la nanociencia y la nanotecnología en los últimos años, la ciencia de los materiales ha sido impulsada en muchas universidades.

         Resistencia de los materiales.

Se define al estado de movimiento o reposo de un cuerpo rígido no cambia si una fuerza actuante es aplicada en otro punto de su recta de acción.

El cual estudia los fenómenos de deformación, daño, y posible rotura, que pueden ocurrir en los sólidos reales. Aunque el estudio de los fenómenos asociados a la deformación requiere modelos matemáticos  diferentes que la Estática del Sólido Rígido, ésta será aún de utilidad, ya que, la imposición de las condiciones de equilibrio se realiza mediante ecuaciones  “suma de fuerzas igual a cero, y suma de momentos igual a cero”.

El estudio del sólido real (deformable) se divide tradicionalmente en varias disciplinas, que están fuertemente interconectadas entre sí, pero que al mismo tiempo tienen sus particularidades en cuanto al ámbito de aplicación

La Elasticidad. Es considerada una parte de la física que estudia las leyes que gobierna las deformaciones sufridas por un cuerpo cuando se le aplica una fuerza externa, es decir, todo cuerpo sobre el que actúan fuerzas externas sufren una deformación que depende de la naturaleza del sólido y de las fuerzas que actúan sobre el, donde se demuestra que si al suprimir las fuerzas que actúan sobre el sólido este vuelve a recobrar su estado original se dice que es elástico, mientras que, que si el cuerpo queda permanentemente deformado al dejar de aplicarle la fuerza se dice que el cuerpo es inelástico o plástico. Todo va a depender del de la elasticidad por atracción y compresión.

Elasticidad :No presupone ninguna particularidad en la geometría del sólido que pudiera conducir a simplificaciones aproximadas del modelo. Sus resultados son por tanto de aplicación a sólidos de cualquier geometría. Habitualmente, en especial al abordar un primer estudio, suelen asumirse un conjunto de hipótesis que por una parte simplifican el modelo, y por otra parte se adaptan bien al comportamiento del acero y de otras aleaciones metálicas. En concreto supondremos material homogéneo (las propiedades son iguales en distintos puntos) e isótropo (en cualquier punto dado las propiedades no dependen de la dirección de observación), comportamiento elástico (el sólido recupera su forma inicial tras la descarga) y lineal (existe proporcionalidad entre cargas y desplazamientos), pequeños desplazamientos y cambios de forma (lo bastante para que sea buena aproximación plantear el equilibrio en la configuración indeformada), y ausencia de efectos dinámicos.

                                                                                                                 Materiales

Los materiales utilizados para construir sólidos con función resistente son muy diversos. Se emplean desde materiales que se encuentran en la naturaleza como la madera o la piedra, hasta los más modernos elaborados por el hombre, como los materiales reforzados con fibras o el acero y aleaciones metálicas. En estructuras de edificación e industriales, los materiales más utilizados son el acero y el hormigón.

                                                               El acero.

 Es un producto industrial obtenido a partir de mineral de hierro, mediante sucesivos procesos de extracción y refinado, el acero es básicamente  hierro con una proporción de carbono menor que el 2% (el hierro con mayor proporción de carbono suele denominarse “fundición”, y presenta propiedades distintas). El acero para estructuras es “acero extradulce”, de bajo contenido en carbono (del orden del 0.2%).

                                                       El hormigón.

 consiste en una mezcla de cemento con áridos (arena, grava...), y agua, y frecuentemente otros materiales (aditivos) adicionales. Tras un ciento tiempo de fraguado y endurecimiento (típicamente 28 días), adquiere sus propiedades nominales de resistencia. Las vigas y columnas de hormigón para estructuras suelen ejecutarse con barras de acero convenientemente embebidas en el interior, a modo de armado, debido a que el hormigón por sí mismo no tiene apenas capacidad de resistir tracciones.

                     Las deformaciones elásticas.

                          LEY DE HOOKE.

Cuando estiramos (o comprimimos) un muelle, la fuerza recuperadora es directamente proporcional a la deformación x (al cambio de longitud x respecto de la posición de  equilibrio) y de signo contraria a ésta. F = - k x, Siendo k una constante de  proporcionalidad, denominada constante elástica del muelle. El signo menos en la ecuación anterior se debe a que la fuerza recuperadora es opuesta a la deformación.

Para x>0, F = - k x

Para x<0, F = k x

 La ley de Hooke es solo aplicable a deformaciones unitarias pequeñas, hasta que se  alcanza el límite de proporcionalidad.

 En las curvas esfuerzo - deformación de un material hay un tramo de comportamiento perfectamente elástico en el que la relación esfuerzo -deformación es lineal (punto A). De ahí hasta otro punto B (de límite elástico) el material sigue un comportamiento elástico (sigue habiendo una relación entre esfuerzo y deformación, aunque no es lineal, y si se retira el esfuerzo se recupera la longitud inicial). Si se sigue aumentando la  carga (por encima del punto b hasta el punto B’), el material se deforma rápidamente y  si se retira el esfuerzo no se recupera la longitud inicial, quedando una deformación permanente y el cuerpo tiene un comportamiento plástico. Si se sigue aumentando la carga (por encima del punto B’), el material llega hasta un estado en el que se rompe  (punto C).

        Análisis teórico 

La Ciencia de Materiales se encarga del estudio de la preparación, estructura cristalina y propiedades físicas y químicas de los materiales, y de cómo adaptarlos a usos específicos.
El objetivo de esta orientación es proveer una capacitación intensiva en la interrelación existente entre los materiales y sus propiedades, consolidando y ampliando conocimientos tanto experimentales como teóricos, con énfasis en metales, cerámicos y composites. La finalidad de los cursos es por un lado dar una formación experimental y teórica en la diversidad de materiales existentes en la naturaleza, con una mayor profundización acorde a la tesis de maestría elegida, y en segundo lugar estudiar aquellos fenómenos que permitan comprender las propiedades de los materiales existentes y avanzar en la generación de nuevos materiales.
Entre las actividades experimentales en desarrollo se incluye: la preparación y caracterización de aleaciones formadoras de hidruros para almacenamiento de hidrogeno y uso nuclear. El desarrollo de biomateriales para implantes quirúrgicos. La investigación y desarrollo de cerámicas avanzadas y materiales porosos con propiedades particulares (superconductividad, magnetoresistencia colosal, conductividad mixta) o aplicaciones específicas (soportes para catalizadores, separación isotópica). Las propiedades mecánicas y de alta temperatura de composites de matriz metálica y sistemas con gradiente de composición. El desarrollo tecnológico para la gestión y acondicionamiento de residuos nucleares e industriales. El estudio de las transiciones de fase difusivas y no difusivas; efecto memoria de forma. La preparación de materiales por aleado mecánico. La determinación de los mecanismos de reacciones heterogéneas sólido-gas. Los trabajos teóricos involucran el modelado de transiciones de fase en sistemas metálicos, el modelado fisicoquímico y simulaciones computacionales de sistemas metal-hidrógeno y el modelado fisicoquímico de reacciones sólido-gas.