Εισαγωγή
Όσον αφορά τα υλικά αισθητηριακού παιχνιδιού, η κινητική άμμος και ο παιγνιώδης στόκος προσφέρουν στα παιδιά εντελώς διαφορετικές εμπειρίες - και τα δύο συναρπαστικά από μόνα τους. Παρόλο που μπορεί να φαίνονται παρόμοια με την πρώτη ματιά, οι βασικές τους συνθέσεις και οι φυσικές τους συμπεριφορές αποκαλύπτουν μια μεγάλη διαφορά.
Η κινητική άμμος είναι μια διασπορά σωματιδίων άμμου που είναι διασκορπισμένα μέσα σε μια ποσότητα πολυμερούς (PDMS - πολυδιμεθυλοσιλοξάνιο) small, προσδίδοντάς της μια μοναδική συμπεριφορά που μοιάζει με ροή, διατηρώντας παράλληλα την κοκκώδη υφή της άμμου. Κατά την ανάδευση, συμπεριφέρεται σχεδόν σαν ένα υγρό που κινείται αργά, επιτρέποντας στα παιδιά να την πλάσουν, να την κόψουν σε φέτες και να την θρυμματίσουν με ευκολία. Η σύνθεσή του είναι κοντά στο μέγιστο κλάσμα συσκευασίας - που σημαίνει ότι τα σωματίδια άμμου είναι πυκνά συσκευασμένα, με αρκετό συνδετικό υλικό ώστε να επιτρέπει τόσο την κίνηση όσο και την πρόσφυση χωρίς να καταρρέει σε σωρό.
Αντίθετα, ο παιγνιώδης στόκος (επίσης με βάση το PDMS) είναι συνήθως μια διασπορά σωματιδίων χρωστικής σε ένα ιξωδοελαστικό medium. Τεντώνεται, αναπηδά και μπορεί ακόμη και να σπάσει κάτω από ξαφνική δύναμη. Σε αντίθεση με την κινητική άμμο, το play putty έχει πολύ χαμηλότερο στερεό φορτίο με σημαντικά μικρότερα σωματίδια, με αποτέλεσμα μια πιο ρευστή και ελαστική συμπεριφορά.
Ενώ τόσο η κινητική άμμος όσο και ο παιγνιώδης στόκος ταξινομούνται ως διασπορές, η σύνθεσή τους είναι αρκετά διαφορετική. Οι ρεολογικές δοκιμές εξηγούν τις μοναδικές ιδιότητες της κινητικής άμμου και του παιγνιώδους στόκου και την εξάρτησή τους από τον τρόπο χειρισμού τους.
Αποτελέσματα δοκιμών και συζήτηση
Το Σχήμα 1 απεικονίζει τις καμπύλες που προκύπτουν από μια σάρωση συχνότητας που πραγματοποιήθηκε σε παιγνιώδη στόκο.
Ενώ το G' (μέτρο ελαστικής διάτμησης) περιγράφει τις ιδιότητες του υλικού που μοιάζουν με στερεά, το G" (μέτρο ιξώδους διάτμησης), σχετίζεται με τις ιδιότητες που μοιάζουν με υγρά. Η γωνία φάσης, δ, είναι η υστέρηση μεταξύ της εφαρμοζόμενης ταλαντωτικής παραμόρφωσης και της προκύπτουσας τάσης. Ορίζεται ως εξής:
Η γωνία φάσης κυμαίνεται από 0° για ένα τέλειο ελαστικό υλικό έως 90° για τέλεια ιξώδη υλικά.
Σε υψηλές συχνότητες, το ελαστικό μέτρο διάτμησης είναι μεγαλύτερο από το ιξώδες μέτρο διάτμησης. Ως αποτέλεσμα, για ταχείες ταλαντώσεις (που σχετίζονται με μικρές χρονικές κλίμακες ή γρήγορες κινήσεις), το υλικό παρουσιάζει συμπεριφορά που μοιάζει με στερεά.
Παρατηρείται μια διασταύρωση μεταξύ G' και G" στα 3 Hz, που αντιστοιχεί σε γωνία φάσης 45°. Σε χαμηλότερες συχνότητες, ενδεικτικές των πιο αργών κινήσεων, το play putty παρουσιάζει συμπεριφορά ροής.
Στο Σχήμα 2 απεικονίζεται η εξαρτώμενη από τη συχνότητα συμπεριφορά του μέτρου ελαστικής διάτμησης (G'), του μέτρου ιξώδους διάτμησης (G") και της γωνίας φάσης (δ) για την κινητική άμμο. Σε όλο το μετρούμενο εύρος συχνοτήτων, το υλικό παρουσιάζει κυρίως στερεόμορφα χαρακτηριστικά. Αυτό αποδεικνύεται από τις σταθερά χαμηλότερες τιμές της γωνίας φάσης (κάτω από 45°) και την κυριαρχία του G' έναντι του G" καθ' όλη τη διάρκεια της μέτρησης.
Συμπέρασμα
Οι σαρώσεις συχνότητας χρησιμοποιούνται για την πρόβλεψη της συμπεριφοράς ενός υλικού τόσο σε μικρές όσο και σε μεγάλες χρονικές κλίμακες. Οι καμπύλες που προκύπτουν από τη δοκιμή του παιγνιώδους στόκου και της κινητικής άμμου μπορούν να συσχετιστούν με τις αισθητηριακές εμπειρίες των ατόμων που τα χρησιμοποιούν. Η κινητική άμμος επιτρέπει την κατασκευή σχημάτων ή δομών, οι οποίες διατηρούν τη μορφή τους. Ο παιγνιώδης στόκος ρέει σταδιακά και παίρνει το σχήμα του δοχείου του μετά τη χρήση.