Elasticidad y plasticidad pdf
ImprimirLos polímeros presentan una amplia gama de comportamientos de tensión-deformación, como se muestra en la siguiente figura. El polímero frágil (curva roja) se deforma elásticamente y se fractura antes de deformarse plásticamente. La curva azul es un polímero plástico y es similar a las curvas de muchos metales. Su comportamiento comienza en la región de deformación elástica lineal. Cuando la curva pasa de la deformación elástica a la plástica, suele haber un pico de tensión. En el caso de los materiales poliméricos, este pico de tensión se identifica como el límite elástico. A medida que el material se estira más, se produce la fractura. El valor de la tensión cuando se produce la fractura se define como la resistencia a la tracción para los materiales poliméricos. La resistencia a la tracción puede ser mayor, igual o menor que el límite elástico. La curva verde corresponde a una clase de polímeros conocidos como elastómeros. Estos materiales presentan una elasticidad similar a la del caucho y vuelven a su forma original a menos que se extiendan hasta el punto de fractura.
Aunque algunas de las curvas de tensión-deformación de los polímeros pueden parecerse a las de los metales, los polímeros son mecánicamente diferentes a los metales (o la cerámica). Un polímero altamente elástico puede estirarse más de 10 veces la longitud original antes de romperse, mientras que un metal puede estirarse elásticamente un 10% de la longitud original y puede estirarse plásticamente hasta el doble de la longitud original antes de alcanzar su punto de fractura. Como se ve en la figura siguiente, los valores de módulo elástico más grandes de los polímeros están muy por debajo de los valores de la cerámica y los metales.
¿Cuál es la diferencia entre deformación elástica y deformación plástica?
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Ejemplos de materiales elástico-plásticos
Los elastómeros suelen ser termoestables (requieren vulcanización), pero también pueden ser termoplásticos (véase elastómero termoplástico). Las largas cadenas de polímeros se entrecruzan durante el curado, es decir, la vulcanización. La estructura molecular de los elastómeros puede imaginarse como una estructura de “espaguetis y albóndigas”, en la que las albóndigas representan los enlaces cruzados. La elasticidad se deriva de la capacidad de las largas cadenas de reconfigurarse para distribuir una tensión aplicada. Los enlaces cruzados covalentes garantizan que el elastómero vuelva a su configuración original cuando se elimina la tensión. Como resultado de esta extrema flexibilidad, los elastómeros pueden extenderse reversiblemente entre un 5 y un 700%, dependiendo del material específico. Sin los enlaces cruzados o con cadenas cortas de difícil reconfiguración, la tensión aplicada provocaría una deformación permanente.
Los efectos de la temperatura también están presentes en la elasticidad demostrada de un polímero. Los elastómeros que se han enfriado hasta una fase vítrea o cristalina tendrán menos cadenas móviles, y en consecuencia menos elasticidad, que los manipulados a temperaturas superiores a la temperatura de transición vítrea del polímero.
Comentarios
Nos referimos a la constante de proporcionalidad entre la tensión y la deformación como módulo elástico. Pero, ¿por qué lo llamamos así? ¿Qué significa que un objeto sea elástico y cómo describimos su comportamiento?
La elasticidad es la tendencia de los objetos y materiales sólidos a volver a su forma original después de que se eliminen las fuerzas externas (carga) que causan una deformación. Un objeto es elástico cuando vuelve a su tamaño y forma originales cuando la carga deja de estar presente. Las razones físicas del comportamiento elástico varían entre los materiales y dependen de la estructura microscópica del material. Por ejemplo, la elasticidad de los polímeros y cauchos se debe al estiramiento de las cadenas poliméricas bajo una fuerza aplicada. En cambio, la elasticidad de los metales se debe al redimensionamiento y remodelación de las celdas cristalinas de las redes (que son las estructuras materiales de los metales) bajo la acción de fuerzas aplicadas externamente.
Los dos parámetros que determinan la elasticidad de un material son su módulo elástico y su límite elástico. Un módulo elástico alto es típico de los materiales que son difíciles de deformar; es decir, materiales que requieren una carga elevada para conseguir una deformación significativa. Un ejemplo es una banda de acero. Un módulo elástico bajo es típico de los materiales que se deforman fácilmente bajo una carga; por ejemplo, una banda de goma. Si la tensión bajo una carga es demasiado alta, cuando se retira la carga, el material ya no vuelve a su forma y tamaño originales, sino que se relaja hasta alcanzar una forma y tamaño diferentes: El material se deforma permanentemente. El límite elástico es el valor de la tensión a partir del cual el material deja de comportarse elásticamente y se deforma de forma permanente.