Введение
Когда речь заходит о материалах для сенсорных игр, кинетический песок и игровая шпатлевка предлагают детям совершенно разные впечатления - и оба они увлекательны сами по себе. Хотя на первый взгляд они могут показаться похожими, их основной состав и физическое поведение обнаруживают целый мир различий.
Кинетический песок представляет собой дисперсию частиц песка, диспергированных в small полимера (PDMS - полидиметилсилоксана), что придает ему уникальное текучее поведение, сохраняя при этом гранулированную текстуру песка. При перемешивании он ведет себя почти как медленно движущаяся жидкость, что позволяет детям с легкостью лепить, резать и крошить его. Его состав близок к максимальной фракции упаковки - это означает, что частицы песка плотно упакованы, а связующего вещества достаточно, чтобы обеспечить движение и сцепление, не рассыпаясь в кучу.
В отличие от этого, игровая шпатлевка (также на основе ПДМС) обычно представляет собой дисперсию частиц пигмента в вязкоупругом материале medium. Она растягивается, отскакивает и даже может сломаться под действием внезапной силы. В отличие от кинетического песка, игровая шпатлевка имеет гораздо меньшую твердую нагрузку и значительно меньшие частицы, что приводит к более текучему и эластичному поведению.
Хотя и кинетический песок, и игровая шпатлевка классифицируются как дисперсии, их состав совершенно различен. Реологические испытания объясняют уникальные свойства кинетического песка и игровой шпатлевки и их зависимость от того, как с ними обращаться.
Результаты испытаний и обсуждение
На рисунке 1 показаны кривые, полученные в результате частотной развертки, проведенной на игровой шпатлевке.
В то время как G' (модуль упругого сдвига) описывает твердоподобные свойства материала, G" (модуль вязкого сдвига) связан с его жидкоподобными свойствами. Фазовый угол, δ, представляет собой задержку между приложенной колебательной деформацией и результирующим напряжением. Он определяется как:
Фазовый угол изменяется от 0° для идеально упругого материала до 90° для идеально вязкого.
На высоких частотах модуль упругого сдвига превышает модуль вязкого сдвига. В результате при быстрых колебаниях (связанных с короткими временными интервалами или быстрыми движениями) материал демонстрирует твердое поведение.
Пересечение между G' и G" наблюдается на частоте 3 Гц, что соответствует фазовому углу 45°. На более низких частотах, свидетельствующих о более медленных движениях, игровая шпатлевка демонстрирует текучесть.
На рисунке 2 показано зависящее от частоты поведение модуля упругого сдвига (G'), модуля вязкого сдвига (G") и фазового угла (δ) для кинетического песка. Во всем диапазоне измеренных частот материал демонстрирует преимущественно твердоподобные характеристики. Об этом свидетельствуют стабильно низкие значения фазового угла (ниже 45°) и преобладание G' над G" на протяжении всего измерения.
Заключение
Частотные развертки используются для прогнозирования поведения материала как в коротком, так и в длинном временном диапазоне. Кривые, полученные при тестировании игровой шпатлевки и кинетического песка, можно связать с сенсорным опытом людей, использующих их. Кинетический песок позволяет строить фигуры или конструкции, которые сохраняют свою форму. Игровая шпатлевка постепенно растекается и принимает форму своего контейнера после использования.