El documento describe tres materiales: monedas de euro (hechas de aleaciones metálicas), madera de lapicero (generalmente de pino), y tazas de porcelana. Explica las propiedades de cada material y los compara en una tabla. También sugiere posibles sustitutos más baratos para la fabricación de lapiceros y tazas.

1. 11-11-2016
CIENCIA DE MATERIALES
Miguel García Alonso
Grado en Ingeniería Mecánica

2. 11-11-2016
Materiales seleccionados:
- Monedas
- Madera del lapicero
- Taza de porcelana
CLASIFICACIÓN Y DEFINICIÓN DE CADA MATERIAL:
Monedas (euros): Las monedas estas hechas de aleaciones, que son mezclas
homogéneas con propiedades metálicas de dos o más elementos, uno de los cuales,
al menos, debe ser un metal.
Las monedas de 1, 2 y 5 céntimos están hechas de acero recubierto de cobre. El
cobre es muy blando como para hacer una buena moneda, pero combinado con un
material más duro, funciona bien. El acero es una aleación de hierro con pequeños
contenidos de carbono que otorga tenacidad a la moneda mientras que el cobre que lo
recubre evita su corrosión, proporcionando ese color rojizo y el brillo característico.
Las monedas de 10, 20 y 50 céntimos están hechas de una aleación de cobre,
aluminio, zinc y estaño. El cobre blando se combina con una pequeña cantidad de
zinc, cambiándole completamente sus características de tal manera que sea un
material mucho más duradero.
El círculo interior de las monedas de 1 € y la corona exterior de las de 2 €, de color
plateado, están hechos del mismo material: se trata de una aleación de cobre y níquel.
El níquel se ha vuelto muy popular para usos en donde la dureza del metal es
importante. Por otra parte, el exterior de las monedas de 1 € y el interior de las de 2 €
están hechos de una aleación de níquel-latón. A su vez, el latón es una aleación de
cobre y zinc que otorga ese característico color dorado a estas partes de las monedas.
A lo largo de la historia se han utilizado gran cantidad de materiales para la
elaboración de monedas, algunos de gran valor como el oro o la plata.

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Madera de lapicero: Para la elaboración de lapiceros se suelen utilizar sobretodo
maderas de pinos y, en menor medida, de enebros y tilos. La madera más valorada
para fabricar lapiceros es la de cedro de incienso.
En cuanto a las propiedades mecánicas, la madera de pino tiene una flexión estática
baja, una cota de flexión grande, una cota de rigidez elástica, una cota de
perpendicular media, una flexión dinámica o de choque poco resistente, una cota
dinámica media, es muy laminable, muy adherente y tiene pequeña resistencia a la
rotura.
Taza de porcelana: Las tazas pueden ser de varios materiales, uno de ellos es la
porcelana. La porcelana nace de un polvo muy fino compuesto de feldespato y caolín.
A partir de esta base se hacen tres tipos de porcelana: la tierna, un compuesto con
arcilla y vidrio triturado que se cuece dos veces; la porcelana con huesos de buey
calcinados y piedra de Cornualles, especialidad inglesa y norteamericana, basada
también en dos cocidas; y finalmente la porcelana dura, usada comúnmente en
hostelería, obtenida añadiendo silicato sádico a los elementos indicados; una primera
cocida de este compuesto produce la porcelana cocida y una segunda la vitrificada
Otro material es el gres. El gres es una cerámica dura, compacta e impermeable. El
gres ordinario es arcilla plástica refractaria con algo de hierro ya veces sílice y
feldespato tiene grandes aplicaciones industriales, químicas, en revestimientos,
recipientes... El gres fino se obtiene principalmente a partir de caolín, cuarzo y
feldespato y se usa en materiales sanitarios, industria eléctrica y cerámica artística.
Por último, también se pueden hacer tazas con loza. La loza es una cerámica de
pasta porosa recubierta de un barniz vitrificado transparente u opaco. Su base es el
cuarzo y la sosa o la potasa. Con el tiempo esta mezcla se ha perfeccionado
añadiendo metales como el plomo o el estaño, gracias a los cuales se ha ampliado el
repertorio de colores.
Los materiales cerámicos son generalmente frágiles o vidriosos. Casi siempre se
fracturan ante esfuerzos de tensión y presentan poca elasticidad, dado que tienden a
ser materiales porosos. Los poros y otras imperfecciones microscópicas actúan como
entallas o concentradores de esfuerzo, reduciendo la resistencia a los esfuerzos
mencionados.

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El valor del módulo de elasticidad depende de la temperatura, disminuyendo de forma
no lineal al aumentar ésta.
Estos materiales muestran deformaciones plásticas pero, en la mayoría de las
ocasiones, son muy lentas.
Tienen elevada resistencia a la compresión si la comparamos con los metales incluso
a temperaturas altas (hasta 1500 °C). Bajo cargas de compresión las grietas
incipientes tienden a cerrarse, mientras que bajo cargas de tracción o cizalladura las
grietas tienden a separarse, dando lugar a la fractura.
Los valores de tenacidad de fractura en los materiales cerámicos son muy bajos.
Una propiedad importante es el mantenimiento de las propiedades mecánicas a altas
temperaturas.
TABLA COMPARATIVA DE PROPIEDADES MECÁNICAS
Objeto y Material →
Propiedad
Mecánica↓
MONEDADAS
(euros)
METAL
TAZA DE PORCELANA
CERÁMICO
MADERA DE LAPICERO
POLÍMERO
DUREZA 2 1 3
RIGIDEZ 2 1 3
FRAGILIDAD 3 1 2
DUCTILIDAD 1 3 2
TENACIDAD Kic 1 3 2
La taza de porcelana es el material más duro por delante que las monedas y de la
madera ya que la cerámica ofrece una gran resistencia a ser rayado y el más rígido
puesto que la cerámica también tiene gran resistencia a doblarse o torcerse por la
acción de fuerzas exteriores que actúan sobre su superficie.

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A su vez, la taza de porcelana también es el material más frágil ya que la cerámica es
el material que más capacidad tiene para fracturarse sin apenas deformarse.
Las monedas son el elemento más dúctil ya que, al estar hechas de aleaciones
metálicas, pueden deformarse plásticamente de manera sostenible sin romperse al
verse sometidos a la acción de una fuerza y el elemento más tenaz ya que son
capaces de absorber o acumular gran cantidad de energía de deformación antes de
alcanzar la rotura en condiciones de impacto.
Ya que he escogido las monedas y estas están hechas con aleaciones metálicas, en la
siguiente tabla se pueden ver diferentes datos sobre aleaciones utilizadas para hacer
monedas.

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En la siguiente tabla se muestran diferentes datos sobre las propiedades mecánicas
de la madera de pino.
CAMBIO DE MATERIAL PARA CAMBIAR ALGUNAS DE LAS PROPIEDADES DE
CADA OBJETO Y HACERLO MÁS ÚTIL O MÁS BARATO PARA UNA APLICACIÓN
CONCRETA
Como he mencionado en el primer apartado la madera idónea para la fabricación de
lapiceros sería la del cedro de incienso ya que se deja trabajar de manera muy precisa
a máquina, la superficie queda muy suave y sin canales de resina, resiste
temperaturas y humedades sin torcerse, combarse, resquebrajarse o encogerse, tiene
una buena durabilidad natural. La única y principal pega es que encarecería de forma
bastante notable su fabricación.
Para la fabricación de tazas, la porcelana resulta demasiado cara por lo que otra
opción es la loza. Este material resulta mucho más poroso que la porcelana, de menor
dureza, más peso y que tiende a rayarse más con el uso de los cubiertos (por lo que
es menos higiénico).
Las monedas pueden fabricarse de muchos materiales. Hoy en día, a diferencia de
siglos atrás, las monedas no tienen apenas valor físico por lo que se fabrican con
aleaciones de metales bastante económicos ya que lo que se busca se que sean
resistentes y lo más duraderas posibles.