說起彩條牙膏,相信很多人家里都有。讓人疑惑的是,無論怎么擠這種彩條牙膏,擠出來的膏體顏色都依舊分明,不會混在一起。
為什么這些顏料在牙膏包裝里不會混為一團呢?有人說,之所以顏色能自動區分開是因為牙膏是非牛頓流體,也有人說是因為牙膏是賓漢流體。那么,到底是誰能讓牙膏彩條自動區隔開?賓漢流體和非牛頓流體是什么關系?下面我們就來說一說。
彩條牙膏,圖片來源:電商平臺截圖
牛頓流體與非牛頓流體
首先說一說牛頓流體和非牛頓流體。
在日常生活中,我們會看到各種各樣的流體,水、牛奶、果汁、空氣、沙拉醬、番茄醬等,這些流體其實并不一樣。
常見的水、牛奶、果汁之類的流體,可以被看作是牛頓流體,這一類流體的特點是,剪切應力與剪切應變率成正比。簡單理解就是,在溫度和壓強相同的情況下,液體的黏度跟受到的外力無關。
比如我們直接把水從瓶子里倒出來,跟使勁擠壓瓶子把水擠出來,水的黏度幾乎不會發生什么變化。
有了牛頓流體作類比,非牛頓流體也就比較好理解了,它指的就是黏度跟受到的外力有關的流體。
非牛頓流體有三類:剪切增稠流體(脹流性流體)、剪切稀化流體(假塑性流體)以及賓漢流體。
1
剪切增稠流體
顧名思義,這一類流體的特點是在外力增大的情況下黏性會增大。日常生活中,比較容易見到的是玉米淀粉與水的混合物。
如果你感興趣可以試一試,把水和玉米淀粉按照 1:1.25 到 1:1.3 的比例混合,得到的淀粉糊糊就是一種剪切增稠型的非牛頓流體。
在受力比較小的情況下,它的黏度也不高,你可以很輕松地拿手指輕輕攪拌。但如果突然對它施加一個比較大的力,比如使勁朝著它打一拳,它突然受到外力之后黏度會變大,變得“硬邦邦”的。
但是牙膏顯然不屬于這一類非牛頓流體,否則你擠牙膏越使勁就越難擠出來。
2
剪切稀化流體
跟剪切增稠流體相反,這種非牛頓流體受到外力越大,黏性會變得越小,也就是變得更稀。在日常生活中其實也很常見,人體的血液、番茄醬、花生醬等等,都是這一類非牛頓流體。
如果你家里有瓶裝的番茄醬也可以試一試,如果直接拿起瓶子往外倒,番茄醬黏性很大,很難倒出來,但是如果你一邊搖動瓶子一邊往外倒,番茄醬就會變稀,自己就會流出來(當心不要甩到別人身上)。
牙膏受到外力之后能夠被擠出來,看起來有點像這一類非牛頓流體,但實際上不是。牙膏屬于第三類非牛頓流體——賓漢流體。
3
賓漢流體
這種流體的數學模型是尤金·C·賓漢(Eugene C. Bingham)提出的,所以被稱作賓漢流體。
這種流體和前面提到的剪切稀化流體不同,剪切稀化流體在受到的外力增加的情況下,黏度會緩緩下降(即流動性會緩緩增加)。
而賓漢流體在不受外力以及受到外力比較小的時候,表現出的是固體的特征。在達到臨界值之前,它都不會表現出流動性。而當外力達到臨界值之后,它會突然表現出流動性,牙膏正屬于這一類流體。
在平時存放運輸的時候,牙膏受到的外力很小,幾乎可以視為固體。只有當受到外力擠壓的時候,它們才會像黏稠的液體一樣被擠出來。而且外力一旦停止,里面的牙膏也不會繼續往外流,所以不會把牙膏弄得到處都是。
當然了,擠出來的牙膏如果不小心掉在水池里,它們也不會自己流走,會像固體一樣待在那,直到你去清理它們。
賓漢流體讓彩條“自動隔離”
知道了賓漢流體的特征,我們就能夠理解彩條為什么能夠“自動隔離”了。在不受外力或未受到足夠的外力時,不同顏色的彩條都可以視作固體,它們當然不會跟旁邊的顏色混到一塊。
在受到擠壓之后,牙膏雖然能夠流動了,但黏度依然是比較大的,所以它們能夠以分離的條帶形式出現在你的牙刷上。
當然了,有一些彩條牙膏的彩色部分和白色部分是前后分布的,它們的蓋子內部有特別的結構。
經過特別設計的牙膏蓋子,圖片來源:參考文獻 4
在擠壓的時候,后端的白色牙膏從中間粗粗的孔里被擠出。而前端帶有顏色的牙膏,則從粗孔旁邊更小的孔里被擠出來。通過這種方式,也可以讓擠出的牙膏呈現彩條狀。
特制的彩條牙膏蓋子,圖片來源:Play with me - Toys for Kids
牙膏尾部的小方塊的顏色,
可以辨認牙膏成分是天然還是化工?
在搜索牙膏“彩條”相關的內容時,還看到一則和彩色條帶有關的謠言,在此也給大家做一下說明。
不知道你有沒有注意過,在牙膏包裝的尾部,往往也有一個“彩條”小方塊。關于它,曾經有一則流傳很廣的謠言:純天然成分的牙膏,尾部小方塊顏色是綠色的;天然成分加藥物的牙膏,小方塊顏色是藍色的;小方塊顏色黑色,則表示牙膏是完全的化學成分。
圖片來源:科普中國
這種尾部標簽和顏色的對應是毫無依據的。牙膏尾部的彩色標簽僅僅是為了方便機器定位牙膏的尾部,基于這個位置進行切割封裝。
不同的顏色只是為了方便與包裝顏色進行區分,方便機器識別,跟牙膏的成分沒有任何關系。而如果仔細觀察牙膏的成分,這個謠言也會不攻自破,在綠色標簽的牙膏成分里,也赫然寫著大量所謂的“化學物質”,所以根據標簽顏色判斷成分的說法毫無依據,而恐慌“化學物質”本身也是毫無必要的。
參考文獻
[1]https://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/bulletin/13/nbsbulletinv13n2p309_A2b.pdf
[2] https://www.colgate.com.hk/oral-health/selecting-dental-products/what-is-a-toothpaste-color-code
[3] https://www.sciencefocus.com/science/striped-toothpaste
[4] https://patents.google.com/patent/US5324505A/en
[5] http://www.cocia.org/detail/985/
策劃制作
作者丨科學邊角料 科普創作者
審核丨孫明軒 上海工程技術大學 教授
策劃丨鐘艷平
責編丨鐘艷平
審校丨徐來 林林
注意:封面圖為版權圖庫圖片,轉載可能引發版權糾紛
上一篇:為了保護海洋,科學家們將在太空中觀測蝦群丨環境小喇叭
下一篇:返回列表
【免責聲明】本文轉載自網絡,與科技網無關。科技網站對文中陳述、觀點判斷保持中立,不對所包含內容的準確性、可靠性或完整性提供任何明示或暗示的保證。請讀者僅作參考,并請自行承擔全部責任。