神奇彩条牙膏的颜色之谜：为什么不会混在一起？

揭秘神奇彩条牙膏背后的色彩奥秘：为何不会混在一起？

　　 提起彩条牙膏，相信不少家庭里都能找到它的身影。不过，很多人都会感到好奇：为什么不管怎么挤压这种牙膏，挤出来的东西始终保持着明显的条纹状，而不会混合在一起呢？ 这种现象其实背后有着科学的解释。彩条牙膏内部的结构设计独特，各色膏体被分隔在独立的小腔室内。因此，尽管我们在使用时不断挤压，这些小腔室依然能够保持相对独立的状态，使得不同颜色的膏体不会轻易混合。这样的设计不仅让牙膏使用起来更加有趣，也增加了产品的吸引力。 在我看来，彩条牙膏的设计不仅仅是一种营销手段，更是技术与美学的结合。它展示了现代制造业在细节上的精妙之处，同时也提醒我们在日常生活中，科技的进步常常以我们意想不到的方式出现在我们的身边。

　　 为什么这些颜料在牙膏包装里不会混为一团呢？有人认为这是因为牙膏是非牛顿流体，也有人提出是因为牙膏属于宾汉流体。那么，到底是什么因素让牙膏彩条自动区隔开来？宾汉流体和非牛顿流体之间又有什么联系？ 牙膏在管子里能够保持多种颜色而不混合，这一现象确实引人深思。从物理学的角度来看，非牛顿流体的性质可能正是这个问题的答案之一。非牛顿流体是指那些其黏度会随剪切速率变化的流体，而宾汉流体是一种特殊的非牛顿流体，它们在受到一定应力之前不会流动，一旦超过这个阈值就开始流动。因此，牙膏作为宾汉流体的一种，其独特的物理特性可能是导致它能够在管内保持不同颜色分层的重要原因。 通过观察牙膏的这种特性，我们不仅可以看到科学与日常生活之间的紧密联系，还可以进一步理解材料科学的重要性。无论是研究新的牙膏配方还是开发其他日用品，了解和掌握流体的物理性质都至关重要。希望未来的研究能进一步揭示更多关于流体行为的秘密，从而推动相关领域的发展。

　　 彩条牙膏，图片来源：电商平台截图

　　 牛顿流体与非牛顿流体

　　 首先说一说牛顿流体和非牛顿流体。

　　 在我们的日常生活中，会遇到各种各样的流体，比如水、牛奶、果汁、空气、沙拉酱和番茄酱，它们其实有着不同的性质。

　　 常见的水、牛奶、果汁等液态物质可被视为牛顿流体。这类流体的特点在于，剪切应力与剪切应变率之间存在正比例关系。简而言之，在相同的温度和压强条件下，这种液体的黏度不会受到所受外力的影响。

　　 比如我们直接把水从瓶子里倒出来，跟使劲挤压瓶子把水挤出来，水的黏度几乎不会发生什么变化。

　　 非牛顿流体的概念可以通过与牛顿流体进行对比来更好地理解，它指的是那些黏度会随着所受外力的变化而变化的流体。这种特性使得非牛顿流体在日常生活和工业应用中展现出独特的性质。例如，在制作食品、建筑施工以及处理灾害现场时，了解非牛顿流体的特性对于选择合适的材料和技术至关重要。通过进一步研究这些流体的行为，科学家和工程师可以开发出更加高效且实用的应用方案，从而提高我们生活的质量和效率。 这样的解释不仅有助于普通大众理解这一复杂概念，也突显了基础科学研究对实际应用的重要影响。非牛顿流体的研究不仅增加了我们对自然界的认识，也为技术创新提供了新的可能性。

　　 非牛顿流体主要分为三大类：剪切增稠流体（胀流性流体）、剪切稀化流体（假塑性流体）以及宾汉流体。

　　 1、剪切增稠流体

　　 顾名思义，这类流体的特性是在受到更大外力作用时，其黏性也会增加。在日常生活中，我们较常见到这种现象的例子是玉米淀粉与水的混合物。

　　 如果你对这种有趣的科学现象感兴趣，不妨亲自尝试一下。只需将水和玉米淀粉按照1:1.25至1:1.3的比例混合，你就能得到一种剪切增稠型的非牛顿流体。这种流体在受到冲击时会变得异常坚硬，而在静置时又恢复成液态，这种现象既令人着迷又能引发很多思考。它不仅展示了物理世界中的奇妙现象，还可能激发人们对于材料科学的兴趣。

　　 在受力较小时，这种物质的黏度并不高，可以用手指轻松搅拌。然而，一旦对其施加较大的力，例如猛击一拳，其黏度会瞬间增加，变得异常坚硬。 这种现象引发了人们对于材料科学领域更深层次的好奇心。从这一特性来看，这种物质可能在防护装备、建筑结构甚至军事应用中展现出巨大的潜力。此外，这种独特的性质也为我们提供了研究物质如何对外界刺激做出反应的新视角。未来，随着对这类物质的研究不断深入，我们或许能够开发出更多具有类似特性的新材料，从而在多个领域带来革命性的变革。

　　 不过，牙膏显然不属于这一类非牛顿流体，否则当你越用力挤压时，牙膏就会越难被挤出来。

　　 2、剪切稀化流体

　　 与剪切增稠流体相反，这种非牛顿流体在外力作用下黏性会减小，变得更加稀薄。这种情况在生活中十分常见，例如人体的血液、番茄酱、花生酱等都属于此类非牛顿流体。

　　 如果你家里有瓶装番茄酱，可以尝试一下。直接拿起瓶子倒出来，由于番茄酱的粘性很强，会很难倒出。但如果你一边摇晃瓶子一边倒，番茄酱就会变得比较稀，容易流出（注意别甩到别人）。

　　 牙膏受到外力之后能够被挤出来，看起来有点像这一类非牛顿流体，但实际上不是。牙膏属于第三类非牛顿流体——宾汉流体。

　　 3、宾汉流体

　　 这种流体的数学模型由尤金·C·宾汉（Eugene C. Bingham）提出，因此被称为宾汉流体。

　　 这种流体与之前提及的剪切稀释流体有所区别，剪切稀释流体在外力增大的情况下，其黏度会逐渐减小（即流动性会逐渐增强）。

　　 宾汉流体在没有受到外力或受到的外力较小时，表现得像固体一样。在未达到某一临界值之前，它不会显示出流动性。然而，一旦外力超过了这个临界值，它就会突然展现出液态特性，牙膏正是这种类型的流体。

　　 在日常储存和运输过程中，牙膏所承受的外部压力非常小，因此其性质几乎等同于固体。只有在受到挤压时，牙膏才会像黏稠的液体那样被挤出。而一旦外力消失，牙膏内部的物质便会停止流动，这有效避免了牙膏外溢，从而防止了牙膏弄脏周围环境的情况发生。 这种设计不仅方便消费者使用，同时也减少了生产过程中的泄漏风险，提高了运输效率。牙膏的这一特性体现了日用品设计者在平衡产品功能与用户便利性方面所做的精妙考量，使得日常生活中常见的物品也能展现出设计上的巧思。

　　 当然了，挤出的牙膏如果不小心掉落在水池里，它们不会自行流走，而是会像固体一样停留在那里，直至有人去清理。这不仅增加了清洁的工作量，也提醒我们在日常生活中要更加细心。小小的疏忽可能带来额外的家务负担，同时也反映了产品设计方面的一些局限性，比如牙膏的质地应该更易于清洗，以减少此类不便。此外，这也提示我们，培养良好的生活习惯和使用工具时的细心态度对于维持一个干净整洁的生活环境至关重要。

　　 宾汉流体让彩条“自动隔离”

　　 了解了宾汉流体的特性后，我们就能明白彩条为何能实现“自动隔离”。当没有外力作用或外力不足时，不同颜色的彩条可以被视为固体状态，因此它们自然不会与相邻的颜色混合在一起。

　　 在被挤压后，牙膏虽然变得可以流动，但其黏度仍然较高，因此会以分离的条带形式出现在你的牙刷上。

　　 当然了，有一些彩条牙膏的彩色部分和白色部分是前后分布的，它们的盖子内部有特别的结构。

　　 经过特别设计的牙膏盖子，图片来源：参考文献 4

　　 在挤压牙膏的过程中，我们观察到一个有趣的设计细节：后端的白色牙膏通过中间较大的孔被挤出，而前端带有颜色的牙膏则通过较小的孔挤出。这种设计不仅使牙膏瓶更加美观，还带来了使用上的便利，使得每次挤出的牙膏都呈现出美丽的彩条效果。这一创新设计无疑提升了消费者的使用体验，展示了现代制造业在细节处理上的匠心独运。 这样的设计既体现了产品开发者的巧思，也反映了消费者对日常用品功能性和美观性双重需求的日益增长。在未来，期待看到更多类似的创新设计，让日常生活中的小物件也能带来惊喜与便利。

　　 特制的彩条牙膏盖子，图片来源：Play with me - Toys for Kids

　　 牙膏尾部的小色块，据说能够辨别牙膏成分是天然还是化工产品，这种说法是否属实呢？

　　 在搜索牙膏“彩条”相关的内容时，还看到一则和彩色条带有关的谣言，在此也给大家做一下说明。

　　 您可能留意到，牙膏包装尾部常有一个“彩条”小方块。曾有一则广泛传播的说法：标示纯天然成分的牙膏，尾部小方块颜色为绿色；含有天然成分和药物的牙膏，小方块颜色为蓝色；而小方块颜色为黑色，则意味着牙膏完全由化学成分制成。

　　 图片来源：科普中国

　　 这种尾部标签与颜色的对应关系并无实际意义。实际上，牙膏尾部的彩色标签只是为了便于机器识别其尾部位置，从而进行精确的切割和封装。

　　 不同的颜色仅仅是为了便于与包装颜色区分开来，并且方便机器识别，与牙膏的成分并无任何关联。

　　 而如果仔细观察牙膏的成分，这个谣言也会不攻自破，在绿色标签的牙膏成分里，也赫然写着大量所谓的“化学物质”，所以根据标签颜色判断成分的说法毫无依据，而恐慌“化学物质”本身也是毫无必要的。

　　 参考文献

　　 [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/

　　 策划制作

　　 作者丨科学边角料 科普创作者

　　 审核丨孙明轩 上海工程技术大学 教授

　　 策划丨钟艳平

　　 责编丨钟艳平

　　 审校丨徐来 林林