Bevezetés
Az érzékszervi játékanyagok közül a kinetikus homok és a játékgyurma teljesen különböző élményeket nyújt a gyerekeknek - mindkettő a maga nemében lenyűgöző. Bár első pillantásra hasonlónak tűnhetnek, a mögöttes összetételük és fizikai viselkedésük világméretű különbséget mutat.
A kinetikus homok olyan homokszemcsék diszperziója, amelyek a small polimerben (PDMS - polidimetilsziloxán) vannak eloszlatva, ami egyedi, áramlásszerű viselkedést kölcsönöz neki, miközben megtartja a homok szemcsés textúráját. Kevergetésre szinte úgy viselkedik, mint egy lassan mozgó folyadék, így a gyerekek könnyedén formázhatják, szeletelhetik és morzsolhatják. Összetétele közel van a maximális tömörítési frakcióhoz - ami azt jelenti, hogy a homokrészecskék sűrűn tömörülnek, éppen annyi kötőanyaggal, hogy a mozgást és a tapadást is lehetővé tegyék anélkül, hogy halomra omlanának.
Ezzel szemben a play putty (szintén PDMS alapú) általában pigmentrészecskék diszperziója egy viszkoelasztikus medium. Nyúlik, pattog, és hirtelen erő hatására akár el is törhet. A kinetikus homokkal ellentétben a játékgittnek sokkal kisebb szilárd terhelése van, és lényegesen kisebb részecskékkel rendelkezik, ami folyékonyabb és rugalmasabb viselkedést eredményez.
Bár mind a kinetikus homok, mind a játékgitt diszperzióknak minősül, összetételük teljesen eltérő. A reológiai vizsgálat megmagyarázza a kinetikus homok és a játékgitt egyedi tulajdonságait és azok függését a kezelésük módjától.
Vizsgálati eredmények és megbeszélés
Az 1. ábra a játékgittal végzett frekvenciapásztázás eredménygörbéit mutatja.
Míg a G' (rugalmas nyírási modulus) az anyag szilárd anyagjellemzőit írja le, addig a G" (viszkózus nyírási modulus) a folyadékjellegű tulajdonságokkal kapcsolatos. A fázisszög, δ, az alkalmazott rezgő alakváltozás és a keletkező feszültség közötti késleltetés. A következőképpen van meghatározva:
A fázisszög 0°-tól a tökéletesen rugalmas anyagok esetében 90°-ig a tökéletesen viszkózus anyagok esetében.
Nagy frekvenciákon a rugalmas nyírási modulus nagyobb, mint a viszkózus nyírási modulus. Ennek eredményeképpen gyors rezgések esetén (rövid időskálákhoz vagy gyors mozgásokhoz kapcsolódóan) az anyag szilárdtest-szerű viselkedést mutat.
A G' és a G" közötti átmenet 3 Hz-nél figyelhető meg, ami 45°-os fázisszögnek felel meg. Alacsonyabb frekvenciákon, amelyek lassabb mozgásokra utalnak, a játékgitt áramlási viselkedést mutat.
A 2. ábra a rugalmas nyírási modulus (G'), a viszkózus nyírási modulus (G") és a fázisszög (δ) frekvenciafüggő viselkedését mutatja a kinetikus homok esetében. A teljes mért frekvenciatartományban az anyag túlnyomórészt szilárdságszerű tulajdonságokat mutat. Ezt bizonyítják a következetesen alacsonyabb fázisszögértékek (45° alatt) és a G' dominanciája a G" felett a mérés során.
Következtetés
A frekvenciapásztázásokat arra használják, hogy megjósolják, hogyan viselkedik egy anyag rövid vagy hosszú időskálán. A játékgyurma és a kinetikus homok teszteléséből kapott görbék kapcsolatba hozhatók az azokat használó egyének érzékszervi élményeivel. A kinetikus homok lehetővé teszi olyan formák vagy szerkezetek építését, amelyek megtartják a formájukat. A játékgyurma fokozatosan folyik és használat után felveszi a tartályának formáját.