Archivo de diciembre, 2012

Materiales y matemáticas valiosas

Por Gustavo R. Plaza (Universidad Politécnica de Madrid)

El objetivo de este post es hacer algunos comentarios breves sobre la belleza y utilidad de las matemáticas en el ámbito científico y técnico de los materiales. Está inspirado en una de las ideas presentes en el blog desde un primer momento: nos pareció claro que, entre los lectores, encontraríamos estudiantes y también posibles futuros estudiantes del campo de la ciencia e ingeniería de materiales. Por ello, uno de los temas fundamentales es la formación.

Las ciencias físicas nos permiten describir el mundo en el lenguaje de las matemáticas. Por un lado las matemáticas permiten caracterizar y describir el comportamiento de los materiales, y por otro lado, las matemáticas permiten predecir cómo funcionarán los dispositivos que fabricamos con materiales bien caracterizados. Por ejemplo, podemos medir cómo se deforma y cual es la fuerza necesaria para romper un material en diferentes condiciones y, con estos datos, decidir el espesor de dicho material necesario para construir por ejemplo un automóvil, o un vehículo tan especial como un submarino o incluso un satélite.

Algunos de los materiales en un satélite tienen la función de soportar fuerzas importantes durante el despegue y vuelo del cohete de transporte. Los materiales cuya principal función es soportar fuerzas se denominan materiales estructurales.

Sin embargo, caracterizar materiales y emplearlos apoyándose en las matemáticas es algo que físicos, ingenieros y químicos han hecho desde hace mucho tiempo, sin necesidad en realidad de las extraordinarias posibilidades que aporta la ciencia e ingeniería de materiales (físicos, ingenieros y químicos han desarrollado conjuntamente esta disciplina). Porque la ciencia de materiales intenta explicar las propiedades de los materiales a partir de su composición, de cómo se procesan y de cual es su microestructura íntima. Con este conocimiento se pueden ingeniar nuevos materiales, que den respuesta a necesidades antiguas y a necesidades nuevas. Incluso a necesidades futuristas que sólo se han imaginado cuando nuestros conocimientos y nuestra tecnología las han hecho imaginables. Por ejemplo, materiales con memoria de forma que se utilizan en aplicaciones médicas, materiales que curan sus propias heridas (sus fisuras) o materiales que ya no nos sorprenden, pero que siguen siendo maravillosos, como los LEDs, que emiten luz a partir de una corriente eléctrica.

Los LEDs emiten luz a partir de una corriente eléctrica. Son un ejemplo de material funcional.

Detrás de estos materiales están las matemáticas, y los cálculos que ayudan a obtener un material con ciertas propiedades, indicando cómo debe ser su composición y su procesado. A la belleza de la descripción matemática de los materiales a nivel atómico, y a nivel molecular, y a nivel nanométrico, o microscópico, o a escala de metros… se une la utilidad de las matemáticas para el diseño de nuevos materiales.

Por estas razones, parecerá claro a los estudiantes y a los futuros estudiantes de ciencia e ingeniería de materiales el atractivo y la utilidad de estudiar materias que incluyen matemáticas como contenido primordial. Por estas razones, las matemáticas son tan importantes y tan apreciadas en la formación en ingeniería de materiales y en los demás estudios relacionados con este campo. Un profesional de este campo incluye a las matemáticas como una de sus herramientas más valiosas.

La ciencia de materiales también estudia los materiales biológicos y los materiales para aplicaciones biomédicas.

Etiquetas: