【物理原理】非牛顿流体 | 三色牙膏颜色为什么不会混?

【物理原理】非牛顿流体 | 三色牙膏颜色为什么不会混?

2. 牙膏取出,可以充分搅拌均匀,重新封装后挤出的牙膏是单色的。

原理解释

1. 三色问题

要解释以上问题,首先要从彩色牙膏灌装开始说起。

在生产彩色牙膏时,本身就是按照­一定比例灌进去的。通常两色是15%对85%,三色是6%,9%,85%。

看看牙膏管内部的横切面,很明显整个牙膏膏体是由三种颜色填充起来的。在我们挤牙膏的时候膏体从出口处挤出,各色的膏体也一同挤出出来。

2. 为什么颜色不容易混

要解释这个问题,­需要从牙膏的流变性开始讲起:牙膏是“非牛顿流体”的一种。

所谓的“非牛顿流体”,其实是一个统称。是指变形速率(表观黏度)与剪切应力不成正比的低粘性流体。

这是什么意思呢?简单来说,当搅拌(剪切)某种流体,如果它的粘度不会随搅拌速度改变而改变,这类流体就叫做牛顿流体,比如水、空气都是。但如果改变搅拌(剪切)速度时,发现流体的粘度会改变,比如“剪切增稠”或“剪切变稀”,这一类就叫做非牛顿流体。

牙膏就是非牛顿流体中的“剪切变稀”类型,又叫做“宾汉流体”。由于牙膏内部的高分子填充物形成了三维网状结构,具有一定的强度。在不受外力挤压,或外力很小时,牙膏有点像固体,几乎没有流动性,其中的不同颜色成分扩散非常慢。

当受到的外力较大时,这种三维网状结构则被破坏,随即发生流动。所以当你挤牙膏时,它才会从管子里面“流”出来,而被挤出放在牙刷上不动时,又变得像固体了。

正常使用牙膏时,挤压牙膏皮的力不足以搅乱其中的颜色,牙膏处于“层流”状态,不同颜色的牙膏体不会相互干扰,因此挤出的总是彩色牙膏。

如果像视频中的我一样,把牙膏取出后充分地快速搅拌,会发现牙膏会变稀(剪切变稀),其颜色可以被混合均匀。这时候重新填装到牙膏皮中,要是还能挤出彩色牙膏来,就见了鬼了。

至于视频中的美女为什么没成功混合,只能说她混合的不够均匀,牙膏口的边角处,一直都没有搅拌到·······

补充知识

除了牙膏之外,日常用的洗面奶、护手霜等都是宾汉流体。房屋装修用的油漆也属于宾汉流体,在搅拌和涂刷时其能够流动,但在涂刷在墙上后流动性变小,在慢慢流下来之前就变干了。

至于我们常说口香糖、淀粉糊也是非牛顿流体,这个不假,但是它们与牙膏相反,属于“剪切增稠”类型的胀塑性流体。挤压剪切速率较小时,其流动性好,快速挤压冲击时,其表现得非常“强硬”。口香糖能开椰子,淀粉糊能挡子弹,就是因为这个原理。

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