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为什么彩条牙膏的颜色不会混合_为什么彩条牙膏的颜色不会混合?

2024-01-24 12:28 来源:网络

为什么彩条牙膏的颜色不会混合_为什么彩条牙膏的颜色不会混合?最近引发大家的关注,相信大家都想知道这件事会有怎么样的发展?下面就让小编为大家介绍一下,一起来看看吧。

为什么彩条牙膏的颜色不会混合_为什么彩条牙膏的颜色不会混合?

为什么彩条牙膏的颜色不会混合?

每天刷牙的时候,你可曾想过彩条牙膏的彩色条纹是如何形成的?为什么这些不同颜色的彩条在牙膏管中不会相互混淆?

实际上,现今的彩条牙膏在管中的形态与其挤出后的形态相差无几。你可以尝试切开一支看看。切开后的牙膏会呈现出如下的形状:

如果你将彩条牙膏冷冻后再将其包装切开,你会看到如下的景象:

那么,彩条牙膏究竟是如何制造的呢?

在生产线上,机器将不同颜色的彩条分别装入一个带有分隔板的管道中,不同颜色的彩条由分隔板隔开。接下来就像制作冰淇淋一样,机器将所有的彩条一同打入牙膏管。

那么问题来了,为何不同颜色的彩条在牙膏中不会混合在一起,尤其是经过多次挤压之后?

这个问题的答案需要分为两个方面来探讨:牙膏处于静止状态和挤压牙膏的过程。

首先,当牙膏处于静止状态时,彩条不发生颜色混合的原因主要有两个:牙膏的流体物理学特性和彩条使用的色素。

牙膏是一种宾汉流体(Bingham plastic),属于非牛顿流体。除牙膏外,血液、酸奶和蛋黄酱也属于宾汉流体。

宾汉流体的一大特性是,在未受到压力(例如未被挤压)的情况下,它可以像固体一样基本不流动。只有当受到一定力度的压力后,宾汉流体才会开始流动。

因此,当牙膏未被挤压时,彩条能够保持相对稠密的状态,更接近于不易流动的固体,因此在牙膏管中各彩条之间互不影响。

其次,通常情况下,不同颜色的染料会发生渗色现象。为了防止彩条之间的渗色,彩条牙膏的生产商通常会使用聚乙烯包裹染料,使其保持稳定。

以上就是静止状态下牙膏彩条不会混合的两大原因。

至于挤压牙膏的过程中,为何不同颜色的彩条不会混合呢?

正如前面提到的,牙膏是一种宾汉流体。当你挤压牙膏时,彩条就会流动起来,变得更像液体而不像固体,这样才能从牙膏管中流出。

在牙膏流动过程中,它必须遵循一个令人恐怖的流体力学定律——雷诺数(Reynolds number)。

关于雷诺数的计算公式,此处就不详细介绍了,毕竟我们不需要为此考试。公式的意思是,流体的粘度(viscosity)越大,其雷诺数就越小;相反,粘度越小,雷诺数就越大。

粘度较低(左)和粘度较高(右)的液体

那么雷诺数高或低会带来怎样的影响呢?

雷诺数决定了流体的流动方式。

具体而言,如果雷诺数低于2100,流体会以这种方式流动:

这种流动称为层流(laminar flow),层流的流体呈平行移动,不会相互混合。

如果雷诺数高于4000,流体会以这种方式流动:

这种流动被称为湍流(turbulent flow),从图片中可以看出,湍流的流体相互混合。

下面是层流的例子(上方两个)和湍流的例子(下方两个)

对于牙膏而言,其粘度非常高,因此其流动只能是层流。挤压牙膏时,边缘处的彩条和中间的白条并行流出,因此挤压出来的牙膏彩条也不会混合在一起。

当然,当牙膏与粘度较小的水混合后,雷诺数会急剧上升,导致彩条的颜色混合在一起。

最后,由于不同颜色的彩条具有相同的流速(即它们的流变学性质相同),因此可以确保在挤压到最后时,任何一种彩条都不会先被挤完。

然而,当彩条牙膏首次出现时,并不是现在这种样式。

历史上最早的彩条牙膏管设计与现在的彩条牙膏有很大不同。

最早的彩条牙膏管中,彩条分别放置在牙膏管的不同位置。该设计在1955年由一位名叫Leonard Lawrence Marraffino的美国人提出。起初Marraffino想要设计一种带有斑点的牙膏,却不小心设计出了彩条牙膏。

在这种早期的彩条牙膏中,两种不同颜色的彩条并没有预先组合好再打入牙膏管。

事实上,红色的彩条被放置在靠近牙膏管开口的地方。白色的彩条较多,被放置在较后面的位置。牙膏管内部向前延伸了一段,这段区域上有一些狭窄的缝隙,红色彩条就是从这些缝隙中流出来的,然后与白色彩条相融合。

那么如何确保在挤压到最后仍然有两色彩条呢?

这是因为在这类牙膏中,红色彩条和白色彩条的粘度不同,红色彩条的粘度较小,因此流动性较好,流动速度较快。而白色彩条的粘度较大,流动速度较慢。

这两种不同粘度的彩条结合后,可以确保直至最后一滴,挤出的牙膏都包含两种颜色。

然而,这种设计的销售业绩不佳,最终被现今更为简单的彩条牙膏设计所取代。

来源:“把科学带回家”

编辑:重光

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