Por qué una bola de rodamiento apenas rebota en el acero y sí lo hace sobre un metal amorfo

Un metal amorfo es, como su nombre indica, un material metálico que se caracteriza por no poseer una estructura cristalina, sino desordenada. En realidad, no se trata de metales puros, que sí son cristalinos, sino de aleaciones (mezcla de varios metales). En este vídeo puede verse una de las sorprendentes propiedades de los metales amorfos: hacen rebotar durante mucho más tiempo que lo hace el acero (que es una aleación bastante cristalina) una bola de rodamiento que se deja caer sobre ellos.

La diferencia de comportamiento entre ambos materiales se debe a la diferente forma de transferirse la energía de la bola al metal sobre el que impacta.

Cuando se deja caer la bola, esta posee energía cinética. En una colisión perfectamente elástica, tras el choque esta energía se transformaría en potencial y la bola subiría a la misma altura desde la que cayó. Lógicamente, esa situación es ideal y por tanto no se produce en la realidad. Al chocar contra las superficies metálicas, parte de la energía cinética de la bola se perderá porque cada colisión provoca el movimiento de átomos tanto en la bola como en la placa, y este movimiento supone una especie de fricción atómica que se traduce en calor. (También hay una pequeña pérdida de energía en la fricción con el aire y en la generación de sonido al producirse cada impacto).

Ahora bien, en el metal cristalino se pierde más energía que en el amorfo por otras razones.

Un metal puro es cristalino porque tiene una estructura muy regular en la que los átomos están dispuestos de modo que siguen un patrón geométrico muy claro. Dentro de ellos puede identificarse una celda unidad que se repite tridimensionalmente. Ahora bien, estas estructuras suelen tener defectos. Por ejemplo, pueden existir impurezas, átomos faltantes que dejan posiciones en la red vacías (vacantes) o planos de átomos desalineados (dislocaciones). Los defectos influyen mucho en las propiedades de un material. Así, aunque la mayoría de los átomos de un metal cristalino están bien ordenados y densamente empaquetados, el sólido puede deformarse debido a los defectos y dislocaciones. Por ejemplo, un alambre de cobre se dobla fácilmente porque las dislocaciones facilitan el deslizamiento de grupos de átomos entre sí. Cuando la bola de rodamiento choca con la superficie de metal cristalino, puede producir estos deslizamientos. Para ello se necesita una energía que la bola pierde. Si después del experimento se mira la superficie del metal con un microscopio se verán pequeños hoyos que evidencian el movimiento atómico que se ha producido. En el metal amorfo, las cosas suceden de manera diferente. Los metales amorfos son aleaciones de metales que tienen un tamaño muy diferente. Una muy conocida se llama Vitreloy, cuya composición es Zr41.2Be22.5Ti13.8Cu12.5Ni10.0. Por esa diferencia de tamaños, estos materiales no tienen una estructura periódica regular. Los átomos están bien empaquetados pero en disposición aleatoria. Esto impide que haya grupos de átomos que puedan deslizarse fácilmente entre sí. Por lo tanto, no se invierte energía en su movimiento tras impactar la bola contra ellos. Por la misma razón, apenas se produce fricción interna, lo que minimiza la conversión en calor la energía cinética de la bola.