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為什麼彩條牙膏的顏色不會混合?

每天刷牙的時候,你有沒有想過彩條牙膏的彩條怎麼來的?為什麼不同顏色的彩條在牙膏管子里不會混在一起?

其實,如今的彩條牙膏在管子里的樣子和擠出來的樣子差不多。你可以切開一個看看。切開的牙膏是這樣的:

如果把彩條牙膏凍住,然後剪開包裝,就是這樣的:

那麼彩條牙膏是怎麼製作的呢?

在工廠里的時候,機器把不同顏色的彩條分別裝到一個中間有隔板的管子里,不同顏色的彩條被隔板隔開。接著就像做冰淇淋那樣,機器把所有彩條一起打到牙膏管子里。

▲彩條牙膏的製作

那麼問題就來了,不同顏色的彩條在牙膏里怎麼不會混合在一起,尤其是在被擠了很多次以後?

這要分成靜止狀態和擠牙膏2個情況討論。

靜止的牙膏里的彩條不變色,主要是因為2個因素——牙膏的流體物理性質以及彩條所用的色素。

牙膏是一種賓漢流體(bingham plastic),屬於非牛頓流體。除了牙膏,血液、酸奶、蛋黃醬都是賓漢流體。

▲保齡球在神奇的非牛頓流體上彈彈彈。非牛頓流體看著像水,但卻比水“結實”。

賓漢流體的一個超強屬性就是,在不受力,比如沒有被擠壓的情況下,它可以像固體一樣基本不流動。而受到了一定程度的擠壓後,賓漢流體才能開始流動。

因此當牙膏沒有被你擠的時候,彩條能保持比較稠密的狀態,比較接近不能流動的固體,可以在牙膏管里互不干擾。

另外,在一般情況下,不同顏色的染料會發生滲色(bleeding)的現象。彩條牙膏的生產廠家為了防止彩條互相滲色,常用聚乙烯包裹染料,使它們變得穩定。

這就是靜止的牙膏彩條不會混合的兩大原因。

▲紅色和藍色是常用的彩條顏色

那麼在擠牙膏的時候,為什麼不同顏色的彩條不會混合呢?

剛才說到牙膏是一種賓漢流體。當你在擠牙膏的時候,彩條就會流動起來,變得更像液體而不是固體,這樣它們才能從牙膏管子里流出。

當牙膏流動的時候,它就必須要符合一個可怕的流體力學規律——雷諾數(Reynolds number)。

▲雷諾數的計算公式,開不開心,驚不驚嚇?

計算雷諾數的這個公式看看就好了,反正我們以後不考。它的意思是,一種流體的粘度(viscosity)越大,它的雷諾數就越小;反之粘度越小,雷諾數就越大。

▲粘度低(左)和粘度高(右)的液體

那麼雷諾數高或者低又有什麼影響呢?

雷諾數決定了液體是怎樣流動的。

具體來說,如果雷諾數小於2100,那麼液體將這樣流動:

▲層流

這種流動叫做層流(laminar flow),層流的液體平行運動,不會攪和在一起。

如果雷諾數大於4000,那麼液體將這樣流動:

▲湍流

這種流動叫做湍流(turbulent flow),看圖就知道,湍流的液體互相混合。

▲上面2個是層流,下面2個是湍流

對於牙膏來說,它的粘度非常大,因此它的流動只能是層流。擠牙膏的時候,位於邊緣的彩條和中間的白條一起平行流出,所以擠出來的牙膏彩條也不會混合在一起。

當然了,牙膏和粘度較小的水混合後,雷諾數蹭蹭上漲,所以彩條的顏色就會混在一起,水乳交融了。

最後,因為不同顏色的彩條有相同的流速(它們的流變學性質相同),因此可以保證擠到最後也不會出現某種彩條被首先擠完的情況。

不過,當彩條牙膏剛剛誕生的時候,可不是現在這個樣子。

▲歷史上最早的彩條牙膏管子設計,和現在的彩條牙膏很不一樣

在最早的彩條牙膏管子里,彩條被分別牙膏管里的不同位置。這個設計是在1955年出現的,它的發明人是個叫做Leonard Lawrence Marraffino的美國人。一開始 Marraffino想設計的是一種帶斑點的牙膏,沒想到意外設計出了彩條牙膏。

在這種彩條牙膏里,兩種不同顏色的彩條並不是被組合好再打到牙膏管子里的。

實際上,紅色的彩條被放在靠近牙膏管子開口的地方。白色的彩條比較多,它被放在在靠後的位置。牙膏口子向內延伸了一段,這一段上面有幾個狹長的縫,紅色彩條就是從這裡流出來,然後和白色彩條匯合的。

那麼怎麼保證擠到最後還有2種顏色的彩條呢?

這是因為在這種牙膏里,紅色彩條和白色彩條的粘度不同,紅色彩條的粘度比較小,所以它更加順滑,流得比較快。白色彩條的粘度更大,流得更慢。

這兩種不同粘度的彩條搭配以後,就能保證直到最後一滴,擠出來的牙膏都有兩種顏色。

不過,這種設計的銷量並不好,後來逐漸被更加簡單的設計,也就是我們現在使用的彩條牙膏替代了。

-我想科學家是想委婉地告訴我們,便便在出世前就已經擺好造型了~

-刷牙的時候不要說這麼噁心的事。

阿波羅網責任編輯:宋雲  轉載請註明作者、出處並保持完整。

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