Fragilidad para niños

La fragilidad es una característica de algunos materiales que se rompen fácilmente sin estirarse ni doblarse mucho antes. Imagina un vaso de vidrio: si se cae, se rompe en muchos pedazos sin deformarse primero. Esto es lo contrario de los materiales que son elásticos o resistentes, como una banda de goma o un trozo de metal que se puede doblar antes de romperse. Los materiales frágiles absorben muy poca energía antes de fracturarse.

Este gráfico muestra cómo se comportan los materiales. La línea roja es para un material frágil que se rompe rápido, y la línea azul es para uno más resistente que se estira antes de romperse.

Cuando un material es frágil, las grietas que aparecen en él pueden crecer muy rápido. Esto significa que un objeto hecho de un material frágil puede romperse de repente si se le aplica una fuerza. Por otro lado, los materiales resistentes son capaces de detener el avance de esas grietas, lo que los hace más seguros.

Algunos ejemplos comunes de materiales frágiles son el vidrio de las ventanas, la cerámica (como una taza de café) y algunos tipos de plásticos como el poliestireno (el material de los vasos desechables) o el PLA (usado en impresoras 3D). Es importante saber que la forma en que un material se rompe (si es frágil o si se estira) puede cambiar con la temperatura. Por ejemplo, algunos plásticos que son flexibles a temperatura ambiente pueden volverse frágiles y romperse fácilmente si hace mucho frío.

¿Qué diferencia hay entre fragilidad, ductilidad, dureza y tenacidad?

A veces, estas palabras se confunden, pero significan cosas distintas:

• Lo contrario de un material muy frágil es un material dúctil. Un material dúctil se puede estirar o deformar mucho antes de romperse, como un alambre de cobre.
• La dureza no es lo mismo que la fragilidad. La dureza se refiere a la capacidad de un material para resistir que su superficie se raye o se le haga una marca. Por ejemplo, el diamante es el material natural más duro que existe, pero es muy frágil y se puede romper con un golpe fuerte.
• La tenacidad es la capacidad de un material para absorber energía y deformarse antes de romperse. Un material tenaz es resistente a la propagación de grietas. Un material puede ser tenaz y poco frágil (como algunos aceros especiales) o puede ser frágil y nada tenaz (como el barro cocido).

¿Cómo se pueden hacer los materiales más resistentes?

Mejorar la resistencia de los materiales es un campo de estudio muy importante en la ciencia. Se busca que los materiales sean más seguros y duraderos. Por ejemplo, se ha investigado mucho para que los aceros industriales no sean peligrosamente frágiles.

Hacer que materiales como el vidrio sean más resistentes ayudaría a que no se rompan tan fácilmente por accidentes, como el impacto de una piedra. Una forma común de hacer el vidrio más seguro es usar vidrio laminado. Esto se logra colocando una capa de un plástico especial (llamado polivinilbutiral) entre dos láminas de vidrio. Este plástico ayuda a absorber la energía de los golpes y evita que las grietas se extiendan.

En el caso de los plásticos, su resistencia se puede mejorar añadiendo pequeñas partículas elásticas. Estas partículas ayudan a frenar las grietas que intentan propagarse por el material. Un ejemplo de esto es el poliestireno de alto impacto, que es un tipo de plástico más resistente que el poliestireno normal.

Fragilidad dinámica en la física de materiales

En la física, especialmente cuando se estudian materiales como el vidrio, la fragilidad dinámica es una característica diferente. Se refiere a cómo un material cambia sus propiedades cuando se enfría hasta una temperatura especial llamada temperatura de transición vítrea (Tg). Los materiales que son "frágiles" en este sentido cambian mucho sus propiedades cerca de esta temperatura, mientras que los materiales más "resistentes" cambian de forma más suave.

Este gráfico, llamado "Angell", ayuda a clasificar los materiales según cómo cambia su viscosidad (lo espeso que son) cuando se enfrían cerca de su temperatura de transición vítrea (Tg).

Aunque la fragilidad mecánica (la que hace que un material se rompa) y la fragilidad dinámica (la que se estudia en física) son conceptos distintos, algunos estudios recientes sugieren que los materiales con alta fragilidad dinámica suelen tener baja resistencia mecánica, es decir, absorben poca energía antes de romperse.

¿Cómo se define la fragilidad dinámica?

La fragilidad dinámica se define por cómo la viscosidad (lo "espeso" que es un material) de un líquido cambia con la temperatura. Los líquidos "resistentes" tienen una viscosidad que cambia de una manera predecible con la temperatura. Un ejemplo clásico de un "líquido resistente" es el dióxido de silicio (el componente principal del vidrio). Por otro lado, hay "líquidos frágiles" que forman vidrios que se consideran frágiles.

Véase también

En inglés: Brittleness Facts for Kids