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Le proprietà dei materiali

I materiali non sono tutti uguali. Se avessimo a disposizione alcune palline di materiali diversi, ma della stessa forma e dimensione, e facessimo alcuni esperimenti, ci accorgeremmo che hanno caratteristiche molto diverse…

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I materiali non sono tutti uguali

Se avessimo a disposizione alcune palline di materiali diversi, ma della stessa forma e dimensione, e facessimo alcuni esperimenti, ci accorgeremmo che hanno caratteristiche molto diverse.

Supponiamo di avere una pallina di legno, una di metallo, una di vetro e una di polistirolo.

Se le toccassimo, ci accorgeremmo che, per esempio quella di legno è più ruvida di quella di metallo. Se le tenessimo in mano, che quella di polistirolo è la più leggera di tutte. Se provassimo ad appoggiarle sul termosifone, scopriremmo che la pallina di metallo è quella che si scalda più rapidamente. Infine, osservandone l’aspetto, noteremmo che quella di vetro è trasparente.

Da questi semplici esperimenti possiamo dedurre che ogni materiale presenta proprietà ben precise. I progettisti devono conoscere queste proprietà, per poter scegliere il materiale più adatto al tipo di prodotto che devono realizzare. Nella scelta di un materiale per la realizzazione di un prodotto, è importante tenere conto anche dei costi del materiale (costi di reperimento, lavorazione e smaltimento).

La scelta di un materiale al posto di un altro può determinare il successo o il fallimento del prodotto finale.

Le proprietà dei materiali

Per semplificare, possiamo suddividere le proprietà dei materiali in tre grandi categorie:

  • le proprietà chimico-fisiche
  • le proprietà meccaniche
  • le proprietà tecnologiche 

Vediamo le principali proprietà dei materiali.

Proprietà chimico-fisiche

Le proprietà chimico-fisiche sono legate alla composizione chimica dei materiali e alla loro struttura molecolare e ne determinano il comportamento quando vengono sottoposti ad agenti esterni, come il calore, la forza di gravità o l’elettricità. 

La densità 

La densità (d) indica la massa dell’unità di volume del materiale. Più elevata è la densità di un materiale, più elevata è la sua massa, a parità di volume. Facciamo qualche esempio:

La densità dell’acciaio è di circa 7,85 kg/dm3. Questo significa che un cubetto di acciaio di spigolo 1 dm, pesa circa 7,85 kg. La densità dell’acqua è di 1 kg/dm3, mentre quella di un legno come quello del pioppo è di 0,5 kg/dm3. Una barra di acciaio posta in acqua affonda perchè la densità dell’acciaio è maggiore rispetto a quella dell’acqua. Viceversa, un tronco di legno galleggia perchè la densità del legno è inferiore rispetto a quella dell’acqua. 

Conduttività termica ed elettrica

La conduttività termica indica la capacità di un materiale di trasmettere il calore, mentre la conduttività elettrica, invece, indica la capacità di un materiale di farsi attraversare da corrente elettrica. Queste due proprietà sono legate tra loro: spesso un buon conduttore termico è anche un buon conduttore elettrico.

Facciamo un esempio: i metalli hanno un’ottima conduttività termica, e infatti vengono usati per la costruzione di pentole, ma hanno anche un’ottima conduttività elettrica, e infatti vengono usati per la realizzazione di cavi elettrici.

I materiali che non sono buoni conduttori di calore o elettricità si dicono isolanti. Ad esempio, la plastica è un materiale isolante. Per questo motivo viene usata per realizzare i manici delle pentole o rivestire i cavi elettrici.

Inalterabilità

La maggior parte dei materiali è soggetta a decadimento nel tempo. Facciamo qualche esempio

  • il legno viene attaccato dall’azione di funghi e insetti, oltre che dall’azione della pioggia e del sole
  • in ambiente umido, l’acciaio è soggetto a corrosione, cioè viene consumato formando una pellicola di ossido di ferro, detta comunemente ruggine. Aggiungendo all’acciaio altri metalli, come cromo e nichel, si riesce a ottenere il cosiddetto “acciaio inossidabile”

L’inalterabilità è la capacità di un materiale di non subire alterazioni a contatto con gli agenti fisici e chimici. I materiali inalterabili sono detti inerti.

Temperatura di fusione

La temperatura di fusione indica la temperatura a cui un materiale passa dallo stato solido allo stato liquido. Ad esempio: l’acciaio fonde a 1535°C, il ghiaccio a 0°C.

Proprietà meccaniche

Le proprietà meccaniche si riferiscono alla capacità dei materiali di resistere alle sollecitazioni meccaniche prodotte da forze esterne come i pesi, l’azione del vento, gli urti, un terremoto. Le principali sono:

Resistenza a trazione

La resistenza a trazione è la capacità di un capacità di un materiale di resistere a un sistema di forze che determina un allungamento del corpo. E’ ottima nei metalli in generale, e in particolare nell’acciaio.

Resistenza a compressione

La resistenza a compressione è  la capacità di un materiale di resistere a un sistema di forze che determina un accorciamento del corpo, cioè uno schiacciamento. È ottima nelle pietre naturali, nei laterizi e nei metalli.

Resistenza a flessione

La resistenza a flessione è  la capacità di un materiale di resistere a un sistema di forze che tendono a incurvarlo, a fletterlo. Hanno una buona resistenza alla flessione gli acciai e il legno.

Resilienza

La resilienza è  la capacità di un materiale di resistere a urti improvvisi senza subire rotture: i materiali con elevata resilienza, come l’acciaio e la plastica, sono detti tenaci. I materiali con scarsa resilienza, come il vetro, la ceramica e la ghisa, sono detti fragili.

Durezza

La durezza è la resistenza che un materiale oppone alla scalfitura o alla penetrazione da parte di un corpo appuntito fatto di materiale più duro. Sono molto duri il vetro e le leghe metalliche come l’acciaio e il bronzo.

Proprietà tecnologiche

Le proprietà tecnologiche sono legate al comportamento di un materiale quando viene sottoposto determinate lavorazioni durante il processo produttivo.

Fusibilità

La fusibiltà è la capacità di un materiale di essere fuso e colato dentro uno stampo, formando oggetti uniformi e senza difetti. Alcuni metalli, come la ghisa e il bronzo, hanno una buona fusibilità. Altri, come l’acciaio e il rame, sono difficilmente fusibili.

Plasticità

La plasticità è l’attitudine di un materiale a lasciarsi deformare sotto l’azione di forze esterne o del calore, mantenendo la deformazione anche al cessare di esse. La plastica e i metalli hanno un’ottima plasticità.

Malleabilità

La malleabilità è la capacità di un materiale di essere trasformato in fogli o lamine sottili. 

Duttilità

La duttilità è la capacità di un materiale di essere trasformato in fili sottili.

I metalli sono materiali duttili e malleabili.

Saldabilità

La saldabilità è l’attitudine che ha un materiale a unirsi in modo permanente con altri pezzi dello stesso materiale sotto l’azione del calore.

Gli acciai dolci, cioè con con basso contenuto di Carbonio sono materiali metallici saldabili: sono gli acciai più comuni e meno pregiati. Invece la ghisa, il bronzo e gli acciai contenenti un alto contenuto carbonio, non sono saldabili.

 

 

Tratto da:

Tecnologia, progettazione, ambiente; Rosano, Cirilli, Guglielmi, Pertici; Zanichelli

Techno; Ragazzi, Quaglia, Piazza; Fabbri Editori

Tecno MEDIA PLUS; Arduino; Lattes

Caratteristiche dei materiali – Wikipedia

 

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