說(shuō)起彩條牙膏，相信很多人家里都有。讓人疑惑的是，無(wú)論怎么擠這種彩條牙膏，擠出來(lái)的膏體顏色都依舊分明，不會(huì)混在一起。
為什么這些顏料在牙膏包裝里不會(huì)混為一團(tuán)呢？有人說(shuō)，之所以顏色能自動(dòng)區(qū)分開(kāi)是因?yàn)檠栏嗍欠桥ｎD流體，也有人說(shuō)是因?yàn)檠栏嗍琴e漢流體。那么，到底是誰(shuí)能讓牙膏彩條自動(dòng)區(qū)隔開(kāi)？賓漢流體和非牛頓流體是什么關(guān)系？下面我們就來(lái)說(shuō)一說(shuō)。
彩條牙膏，圖片來(lái)源：電商平臺(tái)截圖
牛頓流體與非牛頓流體
首先說(shuō)一說(shuō)牛頓流體和非牛頓流體。
在日常生活中，我們會(huì)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(shí)并不一樣。
常見(jiàn)的水、牛奶、果汁之類(lèi)的流體，可以被看作是牛頓流體，這一類(lèi)流體的特點(diǎn)是，剪切應(yīng)力與剪切應(yīng)變率成正比。簡(jiǎn)單理解就是，在溫度和壓強(qiáng)相同的情況下，液體的黏度跟受到的外力無(wú)關(guān)。
比如我們直接把水從瓶子里倒出來(lái)，跟使勁擠壓瓶子把水?dāng)D出來(lái)，水的黏度幾乎不會(huì)發(fā)生什么變化。
有了牛頓流體作類(lèi)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(guān)的流體。
非牛頓流體有三類(lèi)：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(lèi)流體的特點(diǎn)是在外力增大的情況下黏性會(huì)增大。日常生活中，比較容易見(jiàn)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(duì)它施加一個(gè)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(huì)變大，變得“硬邦邦”的。
但是牙膏顯然不屬于這一類(lèi)非牛頓流體，否則你擠牙膏越使勁就越難擠出來(lái)。
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(huì)變得越小，也就是變得更稀。在日常生活中其實(shí)也很常見(jiàn)，人體的血液、番茄醬、花生醬等等，都是這一類(lèi)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(lái)，但是如果你一邊搖動(dòng)瓶子一邊往外倒，番茄醬就會(huì)變稀，自己就會(huì)流出來(lái)（當(dāng)心不要甩到別人身上）。
牙膏受到外力之后能夠被擠出來(lái)，看起來(lái)有點(diǎn)像這一類(lèi)非牛頓流體，但實(shí)際上不是。牙膏屬于第三類(lèi)非牛頓流體——賓漢流體。
3、賓漢流體
這種流體的數(shù)學(xué)模型是尤金·C·賓漢（Eugene C. Bingham）提出的，所以被稱(chēng)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(huì)緩緩下降（即流動(dòng)性會(huì)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(shí)候，表現(xiàn)出的是固體的特征。在達(dá)到臨界值之前，它都不會(huì)表現(xiàn)出流動(dòng)性。而當(dāng)外力達(dá)到臨界值之后，它會(huì)突然表現(xiàn)出流動(dòng)性，牙膏正屬于這一類(lèi)流體。
在平時(shí)存放運(yùn)輸?shù)臅r(shí)候，牙膏受到的外力很小，幾乎可以視為固體。只有當(dāng)受到外力擠壓的時(shí)候，它們才會(huì)像黏稠的液體一樣被擠出來(lái)。而且外力一旦停止，里面的牙膏也不會(huì)繼續(xù)往外流，所以不會(huì)把牙膏弄得到處都是。
當(dāng)然了，擠出來(lái)的牙膏如果不小心掉在水池里，它們也不會(huì)自己流走，會(huì)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(dòng)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(dòng)隔離”了。在不受外力或未受到足夠的外力時(shí)，不同顏色的彩條都可以視作固體，它們當(dāng)然不會(huì)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(dòng)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(xiàn)在你的牙刷上。
當(dāng)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(nèi)部有特別的結(jié)構(gòu)。
經(jīng)過(guò)特別設(shè)計(jì)的牙膏蓋子，圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn) 4
在擠壓的時(shí)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(lái)。通過(guò)這種方式，也可以讓擠出的牙膏呈現(xiàn)彩條狀。
特制的彩條牙膏蓋子，圖片來(lái)源：Play with me - Toys for Kids
牙膏尾部的小方塊的顏色，可以辨認(rèn)牙膏成分是天然還是化工？
在搜索牙膏“彩條”相關(guān)的內(nèi)容時(shí)，還看到一則和彩色條帶有關(guān)的謠言，在此也給大家做一下說(shuō)明。
不知道你有沒(méi)有注意過(guò)，在牙膏包裝的尾部，往往也有一個(gè)“彩條”小方塊。關(guān)于它，曾經(jīng)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(lán)色的；小方塊顏色黑色，則表示牙膏是完全的化學(xué)成分。
圖片來(lái)源：科普中國(guó)
這種尾部標(biāo)簽和顏色的對(duì)應(yīng)是毫無(wú)依據(jù)的。牙膏尾部的彩色標(biāo)簽僅僅是為了方便機(jī)器定位牙膏的尾部，基于這個(gè)位置進(jìn)行切割封裝。
不同的顏色只是為了方便與包裝顏色進(jìn)行區(qū)分，方便機(jī)器識(shí)別，跟牙膏的成分沒(méi)有任何關(guān)系。
而如果仔細(xì)觀(guān)察牙膏的成分，這個(gè)謠言也會(huì)不攻自破，在綠色標(biāo)簽的牙膏成分里，也赫然寫(xiě)著大量所謂的“化學(xué)物質(zhì)”，所以根據(jù)標(biāo)簽顏色判斷成分的說(shuō)法毫無(wú)依據(jù)，而恐慌“化學(xué)物質(zhì)”本身也是毫無(wú)必要的。
參考文獻(xiàn)
[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(xué)邊角料 科普創(chuàng)作者
審核丨孫明軒 上海工程技術(shù)大學(xué) 教授
策劃丨鐘艷平
責(zé)編丨鐘艷平
審校丨徐來(lái) 林林
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