2020 年初，一段像病毒传播一样迅速的视频几乎在网络上传遍全球。该视频展示了一个博人眼球的反重力唇彩技巧———唇彩从管状容器中被拔出后神秘地飞向空中，看起来像是唇彩克服了重力。经过一番搜寻，我们找到了一个唇彩来表演这一技巧。为了进一步解释这种现象是如何发生的，我们借助多物理场仿真进行了研究……
用仿真解释唇彩的反重力现象
观看下面视频操作中的“神奇”唇彩，试着看看你能不能概括出造出成这种现象的原因。
继续阅读本文，了解有关这种现象的更多信息……
寻找具有反重力现象的唇彩
获得反重力的唇彩技巧相对比较容易。在测试了一些不同色度和光泽的唇彩后，我们成功地实践这一技巧，并（一致地）证明了这一技巧。为了证明该唇彩没有问题，我们又找到了四种同类产品（有点过头，但这是以科学之名！），最后结果显示：所有 5 种唇彩都表现出完全相同的向上滴液的效果。
氧化锡：可能的“罪魁祸首”
为什么只有部分唇彩会有反重力现象？一个主要的原因是成分。
一般化妆品含有15~50 种成分。
在找到均能表现出浮动现象的两种不同的唇彩后，我们注意到它们具有共同的成分：氧化锡。《化妆品成分评估》（CIR）将氧化锡定义为化妆品中的研磨剂、填充剂和乳浊剂。CIR 报告当中指出，免洗型化妆品中氧化锡的使用浓度最高可达到 1.3％。其商品化形式是由锡金属通过热氧化制成。
锡石（或 SnO2）矿物形式的氧化锡。通过Wikimedia Commons在公共领域中的图像。
氧化锡可以增加珠光光泽、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，唇彩出现反重力现象的原因不仅是因为氧化锡的浓度，它还与容器尺寸、刷头的形状和其他成分有关。
通过仿真研究唇彩反重力现象
那么，唇彩浮动的理论是什么？由于速度梯度和黏性效应，唇彩容器内的氧化锡颗粒相互摩擦，从而产生摩擦力。当唇彩的刷头向内移动并与容器相分离时，当下的摩擦力导致容器中的唇彩和刷头上的唇彩之间存在电位差。在刷头和容器之间，产生了电场。该电场产生的驱动力导致刷头上的唇彩沿着电场线（如以下模型所示）飞向容器。
氧化锡（或 SnO2纳米粒子）的极性非常高，从而增强了唇彩的介电性能。（介电材料是不导电的，但它们能有效地支持静电场。）唇彩的介电特性提供了足够大的电荷分离，可以使其持续产生几分钟的反重力效果。
介电材料中的静电
考虑到唇彩本质上是电介质，我们从微观层面上简要介绍一下介电材料的静电。
理想化介电材料中的静电具有束缚电荷，可以用外部电场替代。这种替代会在介电材料内产生感应电偶极子。这些偶极子是正负电荷对，它们以某种方式与电场一致。最后的结果呢？介电材料内部形成电场（不同于自由空间的电场）。
最近的一项研究发现，摩擦（例如，管中的氧化锡颗粒混合在一起引起的摩擦）可通过弯曲材料表面上的微小突起而产生静电。
揭开最后一个“唇彩之谜”…
您可能想知道唇彩向上浮动后会发生什么事，使这些唇彩不能回到容器中。不幸的是，它并没有神奇地消失在空中。俗话说：世事有升必有落！
没有回到容器的唇彩掉落到了地面和柜台上。
扩展阅读
在以下这些博客文章中，查看更多使用仿真解释的真实现象的示例：
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