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貓舌頭上深奧的物理學

貓咪喜歡用他們的方式作事,連喝水也不例外。研究人員發現貓咪如何用牠們的方式喝水,牠們靈活的舌頭,在地心引力及慣性作用間,取得巧妙的平衡。

我們對舔舌這動作相關物理現象了解不多。狗還有很多動物,沒有完整的臉頰,牠們不能像我們人類一樣,封閉嘴巴,做出「吸」的動作。因此,牠們把舌頭捲成杓子狀,把水杓起。多數的科學家假設貓也如此,而沒考慮到貓的舌頭小很多,而且佈滿刺。但麻省理工學院的生物物理學家Roman Stocker,在一天的早餐時,看著他的貓喝水,開始懷疑這個假設。Stocker認為,貓喝水的機制應該比眼睛看到的現象更精巧。

Stocker和一些同事,在餘暇時間,利用高速攝影機拍攝貓咪喝水的過程。他們發現,不同於狗,貓只讓舌間接觸水表面,而沒有伸入。水會附著在貓的舌頭上,牠們把舌頭縮回嘴巴裡,合上嘴時,破壞了水柱的連續性,而且還能不沾濕下巴和鬍鬚。

「這機制比平常舔舌頭的動作來得精巧很多,而且需要很有技巧的控制」Stocker說。但最精巧的部份,是背後看不到的物理過程。為了更了解這機制,Stocker和他的團隊,建立一組「機器舌頭」,用大小近似貓舌頭的玻璃圓盤,在水面上下移動,模擬貓喝水的動作,觀察不同移動速度和破壞水柱連續性的關係。

研究團隊發現,貓舔舌時,平衡了慣性作用及地心引力。慣性作用讓水可以在貓收起舌頭時,進入嘴巴;而地心引力會把水拉回碗中。為了喝到足夠的水,貓必須快速伸縮舌頭,產生足夠的慣性力,以對抗地心引力。時間掌握得宜,可以喝到最多的水,因為最長、最粗的水柱,是在地心引力把水拉回碗的那瞬間。

「看起來貓似乎知道舌頭要動多快」Stocker解釋,「如果貓太早合上下巴,牠會漏失部分的水;如果太晚合上,牠會錯過整段水柱」。在動物園的研究中,有另一個讓研究團隊更驚訝的結果。他們一樣用高速攝影機記錄其他貓科動物的喝水,像是老虎、獅子,發現這些大貓也和他們遠房小親戚用同樣的機制在喝水,但由於大貓比家貓高,而且舌頭較大,所以大貓需要降低舌頭伸縮的速度,以維持慣性力及引力的平衡。

資料來源:ScienceNow: Cats’ Tongues Employ Tricky Physics [11 November 2010]

67倍慢速攝影:Cutta Cutta (67x slower)

12倍慢速攝影:‪Cutta Cutta (12x slower)‬

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關於作者

Z編|台灣大學昆蟲所畢業,興趣廣泛,自認和貓一樣兼具宅氣和無窮的好奇心。喜歡在早上喝咖啡配RSS,克制不了跟別人分享生物故事的衝動,就連吃飯也會忍不住將桌上的食物作生物分類。