3.1.2 COMPORTAMIENTO ELÁSTICO A NIVEL ATÓMICO

 3.1.2 COMPORTAMIENTO ELÁSTICO A NIVEL ATÓMICO

El comportamiento elástico es la capacidad de un material de recuperar su forma original después de que se le ha aplicado una carga (fuerza) y esta se retira. A nivel atómico, este comportamiento está gobernado por las fuerzas de enlace entre los átomos que componen el material.

A NIVEL ATÓMICO

• Estructura Atómica del Material
• Curva Energía – Distancia Interatómica$($$r$$)$$U(r)$ vs. distancia interatómica $r$$r$.$r_{}$$0_{}$r0​, donde la fuerza neta entre átomos es cero (ni atracción ni repulsión).
• r0​: aparece una fuerza atractiva.
• Aplicación de una Carga Externa$r_{}$$0_{}$r0​.
• Módulo de Elasticidad (Ej. Módulo de Young)$r_{}$$0_{}$r0​ se relaciona con la rigidez del enlace, y esto a su vez se traduce en el módulo de elasticidad del material.$r_{}$$0_{}$r0​, más rígido será el enlace → mayor módulo de Young.
• Fin de la Elasticidad: Límite Proporcional y Límite Elástico

EJEMPLO:

Los átomos como esferas conectadas por resortes:

• En reposo: los resortes están relajados → distancia
  

• Al aplicar tensión: los resortes se estiran ligeramente → energía aumenta → resistencia elástica.

• Si la carga se quita: los resortes recuperan su forma → el sistema vuelve a su configuración original.

Factores que Influyen en el Comportamiento Elástico Atómico

Los átomos en un sólido están ordenados (en cristales) o desordenados (en amorfos), pero en ambos casos, hay una distancia de equilibrio entre ellos. Esta distancia está determinada por la mínima energía potencial del sistema, como lo predice el diagrama energía-distancia interatómica.

• En los sólidos cristalinos (como metales, cerámicas, etc.), los átomos se organizan en una red ordenada.

• Los átomos están ligados entre sí por fuerzas atómicas (enlaces iónicos, covalentes o metálicos).

La fuerza que mantiene unidos a los átomos se representa mediante una curva de energía potencial

• Punto mínimo de la curva: representa la distancia de equilibrio
  

• Si se separan los átomos más allá de $$r0r_0

• Si se acercan demasiado: aparece una fuerza repulsiva.

Cuando aplicas una fuerza (como tensión o compresión):

• Los átomos se separan ligeramente de su posición de equilibrio
  

• Esto aumenta la energía potencial del sistema, y la red atómica tiende a resistir este cambio.

• A nivel microscópico, los enlaces atómicos se estiran como resortes (modelo de resorte armónico).

• En esta etapa (deformación elástica), los desplazamientos atómicos son reversibles.

La pendiente de la curva fuerza-distancia interatómica cerca de

• Cuanto más empinada sea la curva cerca de
  

• Esto implica que para un mismo esfuerzo, los átomos se separan menos → menor deformación elástica.

Si la fuerza aplicada es demasiado grande:

• Los átomos se separan más allá de la región lineal de la curva.

• Los enlaces ya no siguen el comportamiento armónico → comportamiento no lineal.

• Puede llegar a romperse la estructura o a producirse deslizamientos irreversibles → comportamiento plástico.

1. Tipo de enlace atómico:

   • Covalentes → rígidos (Ej. diamante).

   • Metálicos → menos rígidos (Ej. aluminio).

   • Iónicos → intermedios (Ej. NaCl).

2. Temperatura: A mayor temperatura, mayor vibración atómica → menor rigidez → menor módulo elástico.

3. Dirección cristalográfica (en materiales anisotrópicos): Las propiedades elásticas pueden variar con la orientación atómica.