猫舌头上深奥的物理学

猫咪喜欢用他们的方式作事,连喝水也不例外。研究人员发现猫咪如何用它们的方式喝水,它们灵活的舌头,在地心引力及惯性作用间,取得巧妙的平衡。

我们对舔舌这动作相关物理现象了解不多。狗还有很多动物,没有完整的脸颊,它们不能像我们人类一样,封闭嘴巴,做出“吸”的动作。因此,它们把舌头卷成杓子状,把水杓起。多数的科学家假设猫也如此,而没考虑到猫的舌头小很多,而且布满刺。但麻省理工学院的生物物理学家Roman Stocker,在一天的早餐时,看着他的猫喝水,开始怀疑这个假设。 Stocker认为,猫喝水的机制应该比眼睛看到的现象更精巧。

Stocker和一些同事,在余暇时间,利用高速摄影机拍摄猫咪喝水的过程。他们发现,不同于狗,猫只让舌间接触水表面,而没有伸入。水会附着在猫的舌头上,它们把舌头缩回嘴巴里,合上嘴时,破坏了水柱的连续性,而且还能不沾湿下巴和胡须。

“这机制比平常舔舌头的动作来得精巧很多,而且需要很有技巧的控制”Stocker说。但最精巧的部份,是背后看不到的物理过程。为了更了解这机制,Stocker和他的团队,建立一组“机器舌头”,用大小近似猫舌头的玻璃圆盘,在水面上下移动,模拟猫喝水的动作,观察不同移动速度和破坏水柱连续性的关系。

研究团队发现,猫舔舌时,平衡了惯性作用及地心引力。惯性作用让水可以在猫收起舌头时,进入嘴巴;而地心引力会把水拉回碗中。为了喝到足够的水,猫必须快速伸缩舌头,产生足够的惯性力,以对抗地心引力。时间掌握得宜,可以喝到最多的水,因为最长、最粗的水柱,是在地心引力把水拉回碗的那瞬间。

“看起来猫似乎知道舌头要动多快”Stocker解释,“如果猫太早合上下巴,它会漏失部分的水;如果太晚合上,它会错过整段水柱”。在动物园的研究中,有另一个让研究团队更惊讶的结果。他们一样用高速摄影机记录其他猫科动物的喝水,像是老虎、狮子,发现这些大猫也和他们远房小亲戚用同样的机制在喝水,但由于大猫比家猫高,而且舌头较大,所以大猫需要降低舌头伸缩的速度,以维持惯性力及引力的平衡。

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