貓舌頭上深奧的物理學

2011/04/12 |

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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)‬