唇彩為什么會表現出反重力作用?

2020年 9月 10日

2020 年初,一段像病毒傳播一樣迅速的視頻幾乎在網絡上傳遍全球。該視頻展示了一個博人眼球的反重力唇彩技巧———唇彩從管狀容器中被拔出后神秘地飛向空中,看起來像是唇彩克服了重力。經過一番搜尋,我們找到了一個唇彩來表演這一技巧。為了進一步解釋這種現象是如何發生的,我們借助多物理場仿真進行了研究……

用仿真解釋唇彩的反重力現象

觀看下面視頻操作中的“神奇”唇彩,試著看看你能不能概括出造出成這種現象的原因。

 

繼續閱讀本文,了解有關這種現象的更多信息……

尋找具有反重力現象的唇彩

獲得反重力的唇彩技巧相對比較容易。在測試了一些不同色度和光澤的唇彩后,我們成功地實踐這一技巧,并(一致地)證明了這一技巧。為了證明該唇彩沒有問題,我們又找到了四種同類產品(有點過頭,但這是以科學之名?。?,最后結果顯示:所有 5 種唇彩都表現出完全相同的向上滴液的效果。

 

氧化錫:可能的“罪魁禍首”

為什么只有部分唇彩會有反重力現象?一個主要的原因是成分。

一般化妝品含有 15~50 種成分。

在找到均能表現出浮動現象的兩種不同的唇彩后,我們注意到它們具有共同的成分:氧化錫。《化妝品成分評估》(CIR)將氧化錫定義為化妝品中的研磨劑、填充劑和乳濁劑。CIR 報告當中指出,免洗型化妝品中氧化錫的使用濃度最高可達到 1.3%。其商品化形式是由錫金屬通過熱氧化制成。

A photograph of tin oxide in its mineral form, which supposedly makes lip gloss defy gravity.
錫石(或 SnO2)礦物形式的氧化錫。通過Wikimedia Commons在公共領域中的圖像。

氧化錫可以增加珠光光澤、降低密度并有助于控制黏度,因此常被用于唇彩中。

值得注意的是,唇彩出現反重力現象的原因不僅是因為氧化錫的濃度,它還與容器尺寸、刷頭的形狀和其他成分有關。

通過仿真研究唇彩反重力現象

那么,唇彩浮動的理論是什么?由于速度梯度和黏性效應,唇彩容器內的氧化錫顆粒相互摩擦,從而產生摩擦力。當唇彩的刷頭向內移動并與容器相分離時,當下的摩擦力導致容器中的唇彩和刷頭上的唇彩之間存在電位差。在刷頭和容器之間,產生了電場。該電場產生的驅動力導致刷頭上的唇彩沿著電場線(如以下模型所示)飛向容器。

氧化錫(或 SnO2 納米粒子)的極性非常高,從而增強了唇彩的介電性能。(介電材料是不導電的,但它們能有效地支持靜電場。)唇彩的介電特性提供了足夠大的電荷分離,可以使其持續產生幾分鐘的反重力效果。

介電材料中的靜電

考慮到唇彩本質上是電介質,我們從微觀層面上簡要介紹一下介電材料的靜電。

理想化介電材料中的靜電具有束縛電荷,可以用外部電場替代。這種替代會在介電材料內產生感應電偶極子。這些偶極子是正負電荷對,它們以某種方式與電場一致。最后的結果呢?介電材料內部形成電場(不同于自由空間的電場)。

最近的一項研究發現,摩擦(例如,管中的氧化錫顆?;旌显谝黄鹨鸬哪Σ粒┛赏ㄟ^彎曲材料表面上的微小突起而產生靜電。

揭開最后一個“唇彩之謎”…

您可能想知道唇彩向上浮動后會發生什么事,使這些唇彩不能回到容器中。不幸的是,它并沒有神奇地消失在空中。俗話說:世事有升必有落!

A photograph of lip gloss where some of the gloss spilled onto the table.

沒有回到容器的唇彩掉落到了地面和柜臺上。

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