مقدمة
عندما يتعلق الأمر بمواد اللعب الحسية، فإن الرمل الحركي ومعجون اللعب يقدمان للأطفال تجارب مختلفة بشكل واضح - وكلاهما رائع في حد ذاته. على الرغم من أنهما قد يبدوان متشابهين للوهلة الأولى، إلا أن تركيباتهما الأساسية وسلوكياتهما الفيزيائية تكشف عن عالم من الاختلاف.
الرمل الحركي هو عبارة عن جزيئات رمل مشتتة مشتتة داخل small كمية من البوليمر (PDMS - بوليديميثيل سيلوكسان)، مما يمنحه سلوكًا فريدًا يشبه التدفق مع الاحتفاظ في الوقت نفسه بالقوام الحبيبي للرمل. عند التحريك، تتصرف هذه المادة كسائل بطيء الحركة تقريبًا، مما يسمح للأطفال بتشكيلها وتقطيعها وتفتيتها بسهولة. كما أن تركيبته قريبة من الحد الأقصى لكسر التعبئة - مما يعني أن جزيئات الرمل معبأة بكثافة، مع وجود مادة رابطة كافية للسماح بالحركة والالتصاق دون أن تنهار إلى كومة.
وعلى النقيض من ذلك، فإن معجون اللعب (الذي يعتمد أيضًا على مادة PDMS) عادةً ما يكون عبارة عن تشتت جزيئات الصبغة في مادة لزجة مرنة medium. وهو يتمدد ويرتد ويمكن أن ينفصل تحت قوة مفاجئة. على عكس الرمل الحركي، فإن معجون اللعب يحتوي على تحميل صلب أقل بكثير مع جزيئات أصغر بكثير، مما يؤدي إلى سلوك أكثر مرونة ومرونة.
بينما يُصنف كل من الرمل الحركي ومعجون اللعب على أنهما مشتتان، إلا أنهما مصممان بشكل مختلف تماماً. يوضح الاختبار الريولوجي الخصائص الفريدة للرمل الحركي ومعجون اللعب واعتمادهما على كيفية التعامل معهما.
نتائج الاختبار والمناقشة
يصور الشكل 1 المنحنيات الناتجة عن مسح التردد الذي تم إجراؤه على معجون اللعب.
في حين أن G' (معامل القص المرن) يصف الخواص الشبيهة بالمادة الصلبة، فإن G' (معامل القص اللزج) يرتبط بخصائصها الشبيهة بالسائل. زاوية الطور، δ، هي الفارق بين الإجهاد التذبذبي المطبق والإجهاد الناتج. ويتم تعريفها على النحو التالي:
تتراوح زاوية الطور من 0 درجة للمادة المرنة المثالية إلى 90 درجة للمادة اللزجة المثالية.
عند الترددات العالية، يكون معامل القص المرن أكبر من معامل القص اللزج. ونتيجة لذلك، في حالة التذبذبات السريعة (المرتبطة بمقاييس زمنية قصيرة أو حركات سريعة)، تُظهر المادة سلوكًا شبيهًا بالسلوك الصلب.
يُلاحظ وجود تقاطع بين G' و G" عند 3 هرتز، وهو ما يقابل زاوية طور 45 درجة. عند الترددات المنخفضة، التي تشير إلى حركات أبطأ، يُظهر معجون اللعب سلوك التدفق.
ويوضح الشكل 2 السلوك المعتمد على التردد لمعامل القص المرن (G')، ومعامل القص اللزج (G")، وزاوية الطور (δ) للرمل الحركي. عبر نطاق التردد المقاس بالكامل، تُظهر المادة خصائص شبيهة بالمادة الصلبة في الغالب. ويتضح ذلك من خلال قيم زاوية الطور المنخفضة باستمرار (أقل من 45 درجة) وهيمنة G' على G" طوال القياس.
الخاتمة
تُستخدم عمليات مسح الترددات للتنبؤ بسلوك المادة على مدى فترات زمنية قصيرة أو طويلة. يمكن ربط المنحنيات التي تم الحصول عليها من اختبار معجون اللعب والرمل الحركي بالتجارب الحسية للأفراد الذين يستخدمونها. يسمح الرمل الحركي ببناء الأشكال أو الهياكل التي تحافظ على شكلها. يتدفق معجون اللعب تدريجياً ويأخذ شكل الوعاء الخاص به بعد الاستخدام.