本帖最后由 曉昀 于 2020-12-29 13:38 編輯 5 ?/ Y/ g( f& N7 k: U9 B3 l( D0 u
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一眼看過去，你會覺得貓和狗喝水沒什么區別，都是用舌頭舔。
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圖源：Antranik.org、Dogster+ B4 n2 c, A5 H0 P6 H6 g
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狗和貓之所以選擇舔水，而不是吸水，是因為貓狗等食肉動物的面部肌肉和人類比，少了太多，在斷奶之后不能密封口腔來產生吸力，所以必須依靠舌頭將水送入口中。
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( w7 k' x' ]9 m6 j" ? b8 b$ ]如果光是簡單觀察貓和狗喝水，并沒什么太大的差別，都是把舌頭伸出來，然后做出舔舐的動作。
. E8 D+ u1 K( T, [ l但如果引入了流體力學的研究方式，你就會發現，貓和狗喝水的方式并不一樣。 Part. 1
+ Y* [2 ^/ a* l' J8 w0 i貓是如何喝水的？- g9 l) V0 z, w
1940年，美國洛杉磯的大使酒店舉辦了第12屆奧斯卡金像獎頒獎典禮，那年，大衛·O·塞爾茲尼克制作的《亂世佳人》獲得了包括最佳影片的13個獎項，無疑是當年的最大贏家。這和貓舔水有什么關系？我想說的并不是《亂世佳人》，而是那年的奧斯卡的最佳短片《眨眼之間（ Quicker 'n a Wink ）》。
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Quick’n a wink 拍攝劇照 圖源：the guardian
6 }, \% v$ m: G5 F1 K這個短片介紹了一種攝影技術——頻閃攝影，這是一種借助電子閃光燈的連續閃光，在畫面上記錄物體的連續運動過程。因為一瞬間的動作，在頻閃的作用下，幾十個影像會同時出現在畫面上，所以可以展示出人肉眼無法看到運動過程。
5 @2 [( p! q+ j/ z: ]1 m在短片里面，展示了不同物體的慢動作，比如雞蛋落在槳葉上被打碎的一瞬間，細針搓破氣泡的剎那等等。其中，在4分30秒的時候，展示了一只黑白小貓的舔奶過程。通過頻閃攝影，貓的高速舔奶瞬間以慢動作的方式展現了出來。
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) b S- P/ }/ }* P 視頻來源：quick’n a wink! ?4 G7 v q) f0 J+ M1 Q
不過這個視頻離解答貓是如何舔水的問題，還差得遠呢！這畢竟只是一個短片，展示的只是一個抽象的過程，并沒有數據化的表述過程，算不上科學，要知道這可是科普文章。7 c: {2 C: ~1 L3 S6 e. C) m8 _5 O
Pedro M. Reis是一位物理學教授，他對貓如何舔水這個問題很感興趣，在看了上面介紹的頻閃攝影短片后，2010年，他做了一個貓舔水的流體力學研究。他先找來了10只貓，并用高速攝影機捕捉它們舔水的每一個細節，進而轉化為數據來分析。
; ]7 S# h$ z# o9 x% p( Q! u u) A下面幾張圖展示的是高速攝影機拍下的貓舔水過程：
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圖源：文獻1
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你會發現，在單次舔水的過程中，貓的舌尖并不是伸進液體里把奶舀進嘴里。而是將舌尖卷曲類似于一個平面，然后靠短暫地接觸液面，把水穩定“帶”到3cm的高度，在水因為重力作用下墜之前，把嘴合上，把滯空的水柱含住。這么反反復復舔11次，便完成了喝水的過程。
, e9 A. ^: Y6 A; U( ^下圖是貓舔水的頻率（舔的動作是從舌頭的伸出開始，到關上嘴巴），你可以看到舔的頻率是相當穩定的，大概是每隔0.25s舔一下。
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圖源：文獻1
4 Y* w M; S/ s+ i% G! ~+ T$ M舔水的最大速度約是78cm/s（下圖）。
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圖源：文獻1
$ R+ D$ M- A( w+ i水是如何被舌頭帶上來的呢？科學家認為，當舌頭以一定的速度接觸液體并離開的時候，水具有一定的粘性，動量的傳遞會讓一部分水因慣性帶離水面，就像汽車剎車的時候會把人甩出去一樣。上升過程中因為有重力，水的上升速度不斷減慢，只能到達一定高度。在整個作用力分析中，粘滯力和毛細管力可以忽略不計。
: T& o$ f2 J- ]4 b: u9 Z" b% R' h所以說貓在舔水的時候，不是用舌頭把水舀進嘴里，而是通過慣性，把水帶上來，再含住。而貓舔水的頻率剛剛好在慣性和重力之間進行了完美的平衡，如果再快一點或者再慢一點都不能喝到最多的水。
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" L# X1 y7 Z6 J5 ~( M 貓舔水慢動作 圖源：KQEDdeeplook. ^, [7 e( U9 T2 o5 p) e
為了驗證自己的想法是對的，即貓舔水的頻率是由重力和慣性決定的，科學家做了一個模型來復刻舔水瞬間，模型上圓盤的大小和貓舌頭接觸液面的面積大小一樣。這個模型會垂直接觸水的表面，通過改變接觸面的大小和速度，來觀察這兩個因素對被帶上來的水的體積的影響。
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! n* I) v% u) h4 m圖源：文獻1+ P# s% Z( l$ J$ s' Q' L
然后科學家發現，只有以貓舔水的速度和頻率接觸并離開水面的時候，上升的水柱體積才是最大的。所以說，貓舔水的方式是最科學的，雖然貓并不知道什么是科學。& [' T; t1 [9 N, \$ A v
然后科學家通過Youtube觀察了其他貓科動物，比如老虎、獅子、美洲獅等，結果發現貓科動物的舔水都是有規律的，并且符合一個公式：1 Q( C. H- I9 c. i" L$ P
f=4.5M^−0.14 ，f是頻率，M是動物的質量，單位是千克。公式可以簡單理解為，越重的貓咪，舔水的頻率越低。 Part. 2 # Z6 x- Z7 a+ m+ d% G
狗是如何喝水的？! d/ @4 {& o1 a5 D. ]
狗舔水可沒有貓咪那么優雅了。同樣地，科學家也是通過高速攝影機對狗狗舔水進行觀察。在高速攝影下，可以觀察到狗舔水的基本機制和貓差不多，都是舌尖向后彎曲，然后快速地接觸水面，把水給帶上來。
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狗舔水慢動作 圖源：Reddit 0 j/ V' W) X& M! \" {; W& Y1 \4 T$ Q
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; b# S6 D3 `2 L2 `7 K _4 E圖源：文獻2
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為了更清晰地看到水是如何進入狗口中的，科學家甚至動用了X光機進行拍攝。既然用了X光機，狗喝的水肯定也不是普通的水了，而是混合了鋇和奶的混合物。這下可以清晰地看到，狗也是利用慣性，用舌頭把水給“引”上來的。
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* Y2 Y, n# R3 o+ I0 Q& c* I圖源：文獻2
3 s1 D# I; M. ]) b( e j* x但狗舔水不同的地方是，狗舔水會把舌頭更深地伸入到水里面，再把舌頭縮回來的時候，這時就會濺出很多的水花。也因為狗舔水頭進入水更深，因此給人一種狗是用舌頭把水舀起來的錯覺。
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圖源：VOAnews
( F F- u8 {$ c* o) S( q9 t8 P( a總結一下，雖然貓和狗的舔水機制一樣，但狗舔水的時候，控制不好舌頭進水的深度，會打出一個水花，這時候就有可能搞得自己和地板都濕漉漉的；而貓舔水的時候，則會是相對穩定的水柱，動作顯得很干凈。打個比方，如果說貓咪是跳水運動員，壓得住水花，那么狗子就是一個普通人跳水。
) _( L7 Z* N7 A4 I4 N& R& W看來，貓比狗優雅是真的科學，喝水壓水花就可以看得出來。
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參考文獻：1、Reis P M, Jung S, Aristoff J M, et al. How cats lap: water uptake by Felis catus[J]. Science, 2010, 330(6008): 1231-1234.2、Crompton A W, Musinsky C. How dogs lap: ingestion and intraoral transport in Canis familiaris[J]. Biology letters, 2011, 7(6): 882-884. |
發表于 2020-12-29 13:36:16
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