I materiali sono tutte le sostanze materiali o artificiali che servono per costruire oggetti e sono divise in dieci categorie: legno, carta, tessuti, pelle, pietre, ceramiche, vetro, metalli, plastiche e i nuovi materiali.
Ogni materia possiede delle specifiche caratteristiche è qualità che lo rendono più o meno adatto a quel determinato impiego.
Tutti gli oggetti prodotti dal lavoro umano basano le loro proprietà e il loro funzionamento sulle caratteristiche dei materiali con cui sono costruiti. Occorre saperli trovare in natura o estrarre dal sottosuolo, quindi occorre purificarli e lavorarli per bene al fine di migliorarne le caratteristiche.
Lo stesso materiale può costituire in alcuni casi un prodotto finito direttamente utilizzabile, mentre in altri casi un semilavorato per realizzazioni più complesse. Infine, può essere considerato semplicemente come materia prima per ulteriori lavorazioni.
Più di un milione di anni fa i materiali impiegati erano quattro: legno, pietra, pelle e osso. Ma nel secolo passato grazie allo sviluppo delle conoscenze scientifiche l’uomo ha imparato ad usare sempre più materiali, ma tutti solo di origine naturale o materiali ricavati da sostanze organiche come carta, cotone, gomma o materiali inorganici estratti dal suolo come argille, pietra, metalli, sabbie usate per produrre il vetro.
Solo pochi decenni fa l’uomo ha saputo creare per la prima volta materiali che non esistono in natura: le materie plastiche. Dapprima le ha ricavate dalla cellulosa (plastica artificiale) poi dai derivati del petrolio (plastiche sintetiche), inventando nuove molecole chimiche dalle proprietà molto differenti e capaci di assumere qualsiasi forma.
I nuovi materiali però hanno un grosso impatto ambientale, infatti, la diffusone di questi materiali ha trasformato due pregi di questi materiali quali la stabilità chimica e la resistenza alla degradazione in un grande limite. In natura non ci sono batteri in grado di decomporli, nè agenti atmosferici in grado di alterarli.
I criteri per classificare i materiali sono tanti. Si possono classificare in base alla loro struttura atomica e in base alle loro principali proprietà chimiche , in base all’origine (di origine naturale o artificiale)
Le proprietà dei materiali
Le proprietà fisiche
Le proprietà fisiche definiscono il comportamento del materiale in relazione a fenomeni fisici, quindi descrivono i comportamenti e le interazioni dei materiali nello spazio e nel tempo, le più importanti sono la densità, la conducibilità termica ed elettrica, la dilatazione al calore.
La densità: essa dipende dalla massa contenuta nell’unità di volume (
), l’acqua distillata ha densità pari a 1, i materiali che galleggiano hanno la densità minore di uno, invece, quelli che affondano hanno una densità maggiore di uno, e se si immergono a metà hanno una densità di 0,5.
La conducibilità elettrica: è la capacità di far passare (se conduttori) o meno (isolanti) gli elettroni e quindi la corrente elettrica.
La conducibilità termica: è la capacità di trasmettere o meno alle molecole vicino i movimenti delle proprie molecole quindi del calore.
La dilatazione al calore: è l’aumento di volume per effetto del riscaldamento, dipende dalla struttura degli atomi liberi o meno di scorrere uno sull’altro. Quando un materiale è riscaldato le sue particelle vibrano con più forza e tendono ad allontanarsi.
Le proprietà meccaniche
Le proprietà meccaniche indicano le risposte del materiale all’azione di forze diverse in base alla struttura cristallina o amorfa. Le più importanti sono la resistenza alla compressione, trazione, flessione, torsione, resistenza alla fatica, durezza, fragilità e resilienza, elasticità e plasticità.
La compressione: agisce quando operano due forze opposte e convergenti che tendono a comprimere il materiale e quindi ad accorciarlo (colonna che sorregge una trave).
La trazione: agisce quando operano due forze in direzione opposta e tendono ad allungare il materiale stirandolo. (come il cavo di una gru)
La flessione: avviene quando la parte superiore subisce una compressione, mentre quella inferiore una trazione, il materiale tende ad essere piegato. (trave appoggiata alle estremità e caricata al centro)
La torsione: si ha quando il materiale viene sottoposto ad una rotazione lungo il proprio asse.
La resistenza meccanica alla fatica: è la capacità di resistere a sforzi ripetuti, tale capacità varia a seconda del materiale, quando la sollecitazione supera un certo valore detto ” carico di rottura” il corpo si rompe.
La durezza: è la capacità di un corpo a resistere alla penetrazione di una punta, quindi esprime la resistenza di un materiale alla scalfitura.
Fragilità e resilienza: i materiali che si rompono facilmente sono detti fragili come il vetro invece i materiali come i metalli e il legno che sopportano gli urti senza rompersi sono detti resilienti.
Elasticità e plasticità: se un materiale riacquista la forma che aveva al cessare di una sollecitazione è detto elastico come la gomma. Se invece mantiene la forma acquistata è detto plastico come l’argilla.
Le proprietà tecnologiche
Le proprietà tecnologiche riguardano le caratteristiche e la lavorabilità dei materiali e la loro affidabilità nel tempo.
La fusibilità: è l’attitudine di un materiale a disporsi in getti compatti senza alterazioni; è buona per il bronzo ma non per l’acciaio.
La malleabilità è l’attitudine a ridursi in lamine sottili, i materiali sono più malleabili se scaldati a temperature molto alte piuttosto che a freddo.
La duttilità: è l’attitudine a ridursi in fili sottili, i metalli avendo una struttura atomica incompleta e modificabile sono i più duttili.
La saldabilità è l’attitudine ad unirsi con un altro materiale, formando un blocco unico e coeso.
La temperabilità è l’attitudine ad aumentare la propria durezza con un trattamento termico.
L’inalterabilità è la capacità di resistere al deterioramento provocato dagli agenti atmosferici o da sostanze chimiche. Sono inalterabili il vetro e le plastiche il rame e il piombo.
La termicità è la capacità di sopportare sforzi applicati bruscamente senza rompersi,
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