Johdanto
Aistien havainnointiin tarkoitettujen leikkimateriaalien osalta kineettinen hiekka ja leikkikitti tarjoavat lapsille täysin erilaisia kokemuksia - molemmat kiehtovia omalla tavallaan. Vaikka ne saattavat ensi silmäyksellä vaikuttaa samankaltaisilta, niiden koostumus ja fysikaalinen käyttäytyminen paljastavat suuren eron.
Kineettinen hiekka on dispersio hiekkahiukkasista, jotka on dispergoitu small määrään polymeeriä (PDMS - polydimetyylisiloksaani), mikä antaa sille ainutlaatuisen virtaavan käyttäytymisen, mutta säilyttää silti hiekan rakeisen rakenteen. Sekoitettaessa hiekka käyttäytyy melkein kuin hitaasti liikkuva neste, jolloin lapset voivat muotoilla, viipaloida ja murentaa sitä helposti. Sen koostumus on lähellä maksimipakkausfraktiota, mikä tarkoittaa, että hiekkahiukkaset ovat tiiviisti pakkautuneita ja että sideainetta on juuri sen verran, että ne voivat liikkua ja tarttua ilman, että ne romahtavat kasaan.
Sitä vastoin leikkikitti (joka myös perustuu PDMS:ään) on yleensä pigmenttihiukkasten dispersio viskoelastisessa medium. Se venyy, pomppii ja voi jopa napsahtaa äkillisen voiman vaikutuksesta. Toisin kuin kineettisessä hiekassa, leikkikitti sisältää paljon vähemmän kiinteää ainetta ja huomattavasti pienempiä hiukkasia, minkä vuoksi se käyttäytyy juoksevammin ja joustavammin.
Vaikka sekä kineettinen hiekka että leikkikitti luokitellaan dispersioiksi, niiden koostumus on hyvin erilainen. Reologiset testit selittävät kineettisen hiekan ja leikkikitin ainutlaatuiset ominaisuudet ja niiden riippuvuuden siitä, miten niitä käsitellään.
Testitulokset ja keskustelu
Kuvassa 1 on esitetty leikkikitillä suoritetun taajuuspyyhkäisyn tuloksena saadut käyrät.
G' (kimmokerroin) kuvaa materiaalin kiinteitä ominaisuuksia, kun taas G" (viskoosikerroin) liittyy sen nestemäisiin ominaisuuksiin. Vaihekulma δ on sovelletun värähtelevän rasituksen ja siitä aiheutuvan jännityksen välinen viive. Se määritellään seuraavasti:
Vaihekulma vaihtelee 0°:sta täydellisen elastisen materiaalin ja 90°:sta täydellisen viskoosin materiaalin välillä.
Suurilla taajuuksilla elastinen leikkausmoduuli on suurempi kuin viskoosinen leikkausmoduuli. Tämän seurauksena nopeissa värähtelyissä (jotka liittyvät lyhyisiin aikajaksoihin tai nopeisiin liikkeisiin) materiaali käyttäytyy kiinteän aineen tavoin.
G':n ja G":n välinen siirtymä havaitaan 3 Hz:n taajuudella, mikä vastaa 45°:n vaihekulmaa. Pienemmillä taajuuksilla, jotka viittaavat hitaampiin liikkeisiin, leikkikitti käyttäytyy virtaavasti.
Kuvassa 2 esitetään kimmoisen leikkausmoduulin (G'), viskoosisen leikkausmoduulin (G") ja vaihekulman (δ) taajuudesta riippuvainen käyttäytyminen kineettisen hiekan osalta. Materiaalilla on koko mitatulla taajuusalueella pääasiassa kiinteän kaltaisia ominaisuuksia. Tästä ovat osoituksena jatkuvasti alhaisemmat vaihekulma-arvot (alle 45°) ja G':n hallitsevuus G":n suhteen koko mittauksen ajan.
Päätelmä
Taajuuspyyhkäisyn avulla voidaan ennustaa, miten materiaali käyttäytyy sekä lyhyellä että pitkällä aikajänteellä. Leikkikittiä ja kineettistä hiekkaa testaamalla saadut käyrät voidaan yhdistää niitä käyttävien henkilöiden aistikokemuksiin. Kineettisen hiekan avulla voidaan rakentaa muotoja tai rakenteita, jotka säilyttävät muotonsa. Leikkikitti valuu vähitellen ja ottaa astiansa muodon käytön jälkeen.