Úvod
Co se týče materiálů pro smyslovou hru, kinetický písek a hrací tmel nabízejí dětem odlišné zážitky - oba jsou samy o sobě fascinující. Ačkoli se na první pohled mohou zdát podobné, jejich základní složení a fyzikální chování odhaluje svět rozdílů.
Kinetický písek je disperze pískových částic rozptýlených v small množství polymeru (PDMS - polydimethylsiloxan), díky čemuž se chová jedinečně tekutě a zároveň si zachovává zrnitou strukturu písku. Při míchání se chová téměř jako pomalu se pohybující kapalina, což dětem umožňuje snadno jej tvarovat, krájet a drtit. Jeho složení se blíží maximálnímu podílu balení - to znamená, že částice písku jsou hustě zabalené a mají jen tolik pojiva, aby umožnily pohyb i přilnavost, aniž by se rozpadly na hromadu.
Naproti tomu hrací tmel (rovněž na bázi PDMS) je obvykle disperzí pigmentových částic ve viskoelastickém medium. Ten se natahuje, odráží a při náhlém působení síly může i prasknout. Na rozdíl od kinetického písku má hrací tmel mnohem nižší zatížení pevnou látkou s výrazně menšími částicemi, což má za následek tekutější a pružnější chování.
Ačkoli jsou kinetický písek i hrací tmel klasifikovány jako disperze, jejich složení je zcela odlišné. Reologické zkoušky vysvětlují jedinečné vlastnosti kinetického písku a hracího tmelu a jejich závislost na způsobu manipulace s nimi.
Výsledky testů a diskuse
Na obrázku 1 jsou znázorněny výsledné křivky frekvenčního měření provedeného na hracím tmelu.
Zatímco G' (Modul pružnostiKomplexní modul pružnosti (pružná složka), modul skladování nebo G' je "reálná" část vzorků celkového komplexního modulu pružnosti. Tato pružná složka udává pevnou nebo fázovou odezvu měřeného vzorku. modul pružnosti ve smyku) popisuje vlastnosti materiálu podobné pevným látkám, G" (viskózní modul ve smyku) se vztahuje k jeho vlastnostem podobným kapalinám. Fázový úhel, δ, je prodleva mezi aplikovanou oscilační deformací a výsledným napětím. Je definován jako:
Fázový úhel se pohybuje od 0° pro dokonale pružný materiál až po 90° pro dokonale viskózní materiál.
Při vysokých frekvencích je Modul pružnostiKomplexní modul pružnosti (pružná složka), modul skladování nebo G' je "reálná" část vzorků celkového komplexního modulu pružnosti. Tato pružná složka udává pevnou nebo fázovou odezvu měřeného vzorku. modul pružnosti ve smyku větší než Viskozní modulKomplexní modul (viskózní složka), ztrátový modul nebo G'' je "imaginární" část vzorků celkového komplexního modulu. Tato viskózní složka udává kapalnou nebo nefázovou odezvu měřeného vzorku. modul viskozity ve smyku. Výsledkem je, že při rychlých oscilacích (spojených s krátkými časy nebo rychlými pohyby) vykazuje materiál chování podobné pevnému tělesu.
Přechod mezi G' a G" je pozorován při 3 Hz, což odpovídá fázovému úhlu 45°. Při nižších frekvencích, které svědčí o pomalejších pohybech, vykazuje hrací tmel tokové chování.
Obrázek 2 znázorňuje chování modulu pružnosti ve smyku (G'), viskózního modulu ve smyku (G") a fázového úhlu (δ) v závislosti na frekvenci pro kinetický písek. V celém měřeném frekvenčním rozsahu vykazuje materiál převážně vlastnosti podobné pevným látkám. Svědčí o tom trvale nižší hodnoty fázového úhlu (pod 45°) a převaha G' nad G" v průběhu celého měření.
Závěr
K předpovědi chování materiálu v krátkém i dlouhém časovém horizontu se používají frekvenční rozsahy. Křivky získané z testování hracího tmelu a kinetického písku lze spojit se smyslovými zážitky jedinců, kteří je používají. Kinetický písek umožňuje stavět tvary nebo struktury, které si zachovávají svůj tvar. Hrací tmel postupně teče a po použití nabývá tvaru své nádoby.