Los esfuerzos mecánicos en el polimetacrilato
Guillermo Fernández Fernández Rodrigo Ruíz Andrés Sergio Alonso Rico Profesor: Julián García Muñoz
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El metacrilato de metilo es un compuesto químico de fórmula C5H8O2. A temperatura ambiente se presenta como un líquido incoloro de aspecto similar al agua, tóxico e inflamable, que se utiliza principalmente para la producción del polimetilmetacrilato. El polimetilmetacrilato es uno de los plásticos utilizados en la ingeniería. Se produce por la polimerización del metacrilato de metilo, y se distribuye principalmente en forma de láminas o de gránulos. El metacrilato se destaca frente a otros plásticos transparentes en cuanto a resistencia a la intemperie, transparencia y resistencia al rayado. Es por ello que también se use en la industria del automóvil, iluminación, cosméticos, espectáculos, construcción y óptica, e incluso en la medicina, donde se aplica en prótesis óseas y dentales o en las pastillas que ingerimos, como retardante a la acción química del medicamento. Cuando se encuentra en forma de gránulos es un material higroscópico, por lo que es necesario secarlo antes de que sea procesado. En el mercado se puede conseguir dentro del catálogo de marcas comerciales como pueden ser Plexiglas©, Vitroflex©, Lucite© sobre todo para planchas y gránulos.
INTRODUCCION Últimamente encontramos muchos diseños, colores y acabados en las planchas que abren un mundo de posibilidades para su uso en arquitectura y decoración.
COMPORTAMIENTO FRENTE A LA LUZ Las propiedades ópticas del polimetilmetacrilato son particularmente importantes. Absorbe muy poca luz y cuando la luz incide normalmente, presenta un cierto grado de reflexión. Por lo tanto, la transmisión de la luz que incide normalmente sobre una plancha de material acrílico puro es bastante notoria. Las anisotropías producidas durante la fabricación del mismo hacen que este material tenga propiedad de la birrefringencia, es decir, capacidad de un material de dividir un haz de luz en dos haces polarizados y perpendiculares. De hecho gran parte de las aplicaciones industriales se derivan de sus excepcionales propiedades ópticas.
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DESARROLLO Prácticamente, todos los objetos de plástico que nos rodean hoy en día están realizados con metacrilato o en su base existen moléculas de metacrilato. Antes de empezar explicaremos en este esquema como se hizo la práctica.
Nosotros tomamos como fuente de luz una pantalla LCD con el fondo blanco, ya que esta luz ya esta polarizada y como segundo filtro tomamos un filtro polarizado para objetivos fotográficos de 48 mm. A modo de prueba, y para comprobar si funcionaba comenzamos con una lata de CD´s hecha de polipropileno. A esta lata le aplicamos diferentes esfuerzos que se codificaron en diferentes colores, los cuales iban desde el rojo al amarillo pasando por tonos azulados y verdes. Es difícil determinar qué color representaba el mayor esfuerzo debido a la falta de homogeneidad
del material, pero nos sirvió como primer contacto con el experimento.
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APLICACIÓN EN UNA SUPERFICIE PLANA Una vez comprobamos las reacciones en la lata de CD´s comenzamos la verdadera práctica. Como primer objeto tomamos una superficie plana de metacrilato totalmente homogénea. Sobre esta superficie aplicamos una serie de fuerzas de compresión en uno de los extremos del plano hasta que esta colapso y se rompió. Los esfuerzos se tradujeron de nuevo en colores como amarillos, rosas, rojos y verdes. Los mayores esfuerzos de la pieza se tradujeron en tonos verdes y amarillos mientras que los menores esfuerzos en los tonos morados y azules. Es un caso que se acerca más a lo que podría ser una estructura verdadera, pero aun así el resultado fue más semejante a lo que nos ofreció la lata anteriormente que a lo que nos ofrecerá el bloque de metacrilato.
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APLICACIÓN EN UN VOLUMEN El siguiente paso consistió en aplicar los esfuerzos de compresión sobre un cuerpo solido de sección considerable. En este caso aplicamos las diferentes fuerzas en diferentes puntos, permitiéndonos observar cómo se repartían las fuerzas en función del punto de aplicación Los resultados obtenidos fueron totalmente diferente, tanto en la gama cromática como en la distribución de las cargas, logrando efectos mucho más satisfactorios que en los casos anteriores. Este caso se puede acercar, en la construcción, al funcionamiento a compresión de un bloque macizo de hormigón o de ladrillo al que se le aplica una fuerza puntual. Los esfuerzos más pequeños se tradujeron en colores de tono grisáceo que se fueron oscureciendo progresivamente, según aumentaba la fuerza, para convertirse en tonos azules que fueron cambiando a otros blancos, amarillos y finalmente rojos, los cuales se correspondieron con los puntos con mayores tensiones.
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APLICACIÓN A LA REALIDAD. CARGADEROS Dado los buenos resultados obtenidos en el caso anterior, decidimos aplicar este experimento a una de las estructuras más utilizadas en la construcción, los dinteles en forma de cargaderos. Para ello aplicamos una fuerza prácticamente puntual sobre el punto medio de una barra de sección cuadrada apoyada en sus dos extremos. Los resultados obtenidos correspondieron a nuestras expectativas pero no obtuvimos una gama cromática tan amplia debido a que el esfuerzo necesario para poder llegar a los tonos rojos era superior al caso anterior. Aun así la barra se comporto de forma coherente y nos permitió comprobar cómo los mayores esfuerzos de compresión se distribuyeron longitudinalmente en el cordón superior, alrededor del punto de aplicación. La sorpresa estuvo en el cordón inferior, ya que, como se ve en las fotos los esfuerzos de tracción también se tradujeron en un color anaranjado que permaneció constante durante todas las fotos.
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El hecho de que esto ocurra, se debe a la fabricación del objeto. Tanto los objetos de polipropileno como los de polimetacrilato son fabricados a altas temperaturas y a gran velocidad con moldes (objetos con una forma determinada) o con rodillos laminadores (laminas). Durante el proceso, estos objetos, quedan sometidos a fuertes tensiones internas que quedan "congeladas" en el material a través de la orientación de sus moléculas. Esto produce anisotropías en la conducción de la luz, lo que da lugar a la birrefringencia, anteriormente mencionada, la cual aumenta al aplicarle fuerzas externas a la pieza; birrefringencia por tensión (stress birefringence) Esta técnica es usada industrialmente para analizar y medir tensiones en objetos. Esto es sencillo si se sabe qué color corresponde a qué tensión. El gráfico de birrefringencia es muy útil para ello: dado un material de espesor conocido, podemos obtener su birrefringencia en función de la longitud de onda del color que veamos en cada punto de su superficie. El valor de la birrefringencia depende de la tensión a la que haya sido sometido el material. No sólo los materiales termoplásticos presentan birrefringencia por tensión. También los objetos de vidrio pueden "recordar" las deformaciones sufridas durante su fabricación.
EXPLICACIÓN