本帖最后由 晓昀 于 2020-12-29 13:38 编辑: i# z( x; b6 K/ Q
( _: n, j0 N7 A+ H
一眼看过去，你会觉得猫和狗喝水没什么区别，都是用舌头舔。
! ^* g$ c L# J g
图源：Antranik.org、Dogster
4 v! p9 j* G- A
7 L- l) z4 W$ ~% E3 e4 x' S4 S
9 H% L, t5 h$ ?4 c5 c
狗和猫之所以选择舔水，而不是吸水，是因为猫狗等食肉动物的面部肌肉和人类比，少了太多，在断奶之后不能密封口腔来产生吸力，所以必须依靠舌头将水送入口中。
# x3 x0 z1 H4 ?1 q/ W0 c) z7 k
u9 F0 H7 _$ P1 B8 E9 n" W6 m- O8 q* v2 q
2 l# a' v D- R x3 u
8 E, ]. B; ^* t. a9 E- x) r如果光是简单观察猫和狗喝水，并没什么太大的差别，都是把舌头伸出来，然后做出舔舐的动作。
" t4 c% N2 K( S( d6 S$ h# I但如果引入了流体力学的研究方式，你就会发现，猫和狗喝水的方式并不一样。
Part. 1
; K; `" Y2 y. d4 K: F3 I& o5 S猫是如何喝水的？
! t2 Q8 w# V0 Z1940年，美国洛杉矶的大使酒店举办了第12届奥斯卡金像奖颁奖典礼，那年，大卫·O·塞尔兹尼克制作的《乱世佳人》获得了包括最佳影片的13个奖项，无疑是当年的最大赢家。这和猫舔水有什么关系？我想说的并不是《乱世佳人》，而是那年的奥斯卡的最佳短片《眨眼之间（ Quicker 'n a Wink ）》。. P/ x7 s3 `( O: S- e( {
' B' n# T; V7 r: }) R6 {# S3 m8 e
Quick’n a wink 拍摄剧照 图源：the guardian
& D) y/ G( V7 ^/ l: ]' n2 z: j这个短片介绍了一种摄影技术——频闪摄影，这是一种借助电子闪光灯的连续闪光，在画面上记录物体的连续运动过程。因为一瞬间的动作，在频闪的作用下，几十个影像会同时出现在画面上，所以可以展示出人肉眼无法看到运动过程。
8 M7 w+ x" @9 b. C在短片里面，展示了不同物体的慢动作，比如鸡蛋落在桨叶上被打碎的一瞬间，细针搓破气泡的刹那等等。其中，在4分30秒的时候，展示了一只黑白小猫的舔奶过程。通过频闪摄影，猫的高速舔奶瞬间以慢动作的方式展现了出来。
" ^4 D9 t5 H8 s
视频来源：quick’n a wink$ a. ~8 y' C& Z, L# J8 V! q
不过这个视频离解答猫是如何舔水的问题，还差得远呢！这毕竟只是一个短片，展示的只是一个抽象的过程，并没有数据化的表述过程，算不上科学，要知道这可是科普文章。
0 t. X* A4 W3 X0 F7 ^6 n iPedro M. Reis是一位物理学教授，他对猫如何舔水这个问题很感兴趣，在看了上面介绍的频闪摄影短片后，2010年，他做了一个猫舔水的流体力学研究。他先找来了10只猫，并用高速摄影机捕捉它们舔水的每一个细节，进而转化为数据来分析。M" u& y; a9 M$ r+ s# F
下面几张图展示的是高速摄影机拍下的猫舔水过程：
, k; g5 X4 G/ L& A7 w# w" _( e
0 l5 n; s: U0 T1 \6 D' z: C. y$ Y
/ _) z3 T$ F# @# c: Y
0 \3 A2 ?/ }# N/ k
0 }8 U( n' ~* J
3 D8 @: g! F: Y3 F; S/ M
# e5 \$ d! x0 D3 R. y# X! u
9 `6 [7 O* E- h2 B2 ?
8 C8 Y3 N5 \/ W: [: [. Q4 S
2 P. U' x! Z9 J. Z7 x
# X; f0 L& X7 L9 J
图源：文献1
# X2 p h. m1 f c8 h5 b- M# l3 S2 a7 R( Y+ F, u
你会发现，在单次舔水的过程中，猫的舌尖并不是伸进液体里把奶舀进嘴里。而是将舌尖卷曲类似于一个平面，然后靠短暂地接触液面，把水稳定“带”到3cm的高度，在水因为重力作用下坠之前，把嘴合上，把滞空的水柱含住。这么反反复复舔11次，便完成了喝水的过程。
- X- P% G0 o" Y8 _: A下图是猫舔水的频率（舔的动作是从舌头的伸出开始，到关上嘴巴），你可以看到舔的频率是相当稳定的，大概是每隔0.25s舔一下。; Z! r1 N- e9 V
% s! X' C) {+ s+ B: K
; r8 n, r2 d; V4 x& J6 O/ E# `6 U
- s* j7 \- D/ i3 T7 }$ |
2 B5 d% l6 j' O; b* W# x- `* U2 Z8 j3 {) o2 v c
图源：文献19 H" h7 q- W& g0 @2 a
舔水的最大速度约是78cm/s（下图）。
图源：文献1
/ g6 E2 L& E8 d+ ?水是如何被舌头带上来的呢？科学家认为，当舌头以一定的速度接触液体并离开的时候，水具有一定的粘性，动量的传递会让一部分水因惯性带离水面，就像汽车刹车的时候会把人甩出去一样。上升过程中因为有重力，水的上升速度不断减慢，只能到达一定高度。在整个作用力分析中，粘滞力和毛细管力可以忽略不计。5 @- |! ^! j# {2 ?% ]6 D) k
所以说猫在舔水的时候，不是用舌头把水舀进嘴里，而是通过惯性，把水带上来，再含住。而猫舔水的频率刚刚好在惯性和重力之间进行了完美的平衡，如果再快一点或者再慢一点都不能喝到最多的水。
1 N1 E% C6 I) w
! e u5 \1 Q8 D" U: g" Z8 ~
猫舔水慢动作 图源：KQEDdeeplook
9 z6 }/ V! O% C+ a, r) J' l' k' E为了验证自己的想法是对的，即猫舔水的频率是由重力和惯性决定的，科学家做了一个模型来复刻舔水瞬间，模型上圆盘的大小和猫舌头接触液面的面积大小一样。这个模型会垂直接触水的表面，通过改变接触面的大小和速度，来观察这两个因素对被带上来的水的体积的影响。
! o7 F/ p5 V% O% F
6 r# ]) S6 R" c; J) |, R: T% w
H- | Y/ ]" u* G- K% t: N& i* B
图源：文献1
: N/ {- S* ~( H. p: J7 s$ c# H然后科学家发现，只有以猫舔水的速度和频率接触并离开水面的时候，上升的水柱体积才是最大的。所以说，猫舔水的方式是最科学的，虽然猫并不知道什么是科学。+ [- t. |" \6 x# V8 V( m! d0 p
然后科学家通过Youtube观察了其他猫科动物，比如老虎、狮子、美洲狮等，结果发现猫科动物的舔水都是有规律的，并且符合一个公式：# K% @7 {/ z! Z+ V3 ?) ~
f=4.5M^?0.14 ，f是频率，M是动物的质量，单位是千克。公式可以简单理解为，越重的猫咪，舔水的频率越低。
Part. 2
9 L/ K, N8 q1 `/ C: k9 I. ?
狗是如何喝水的？
1 K3 f, }3 u% ]& U; c狗舔水可没有猫咪那么优雅了。同样地，科学家也是通过高速摄影机对狗狗舔水进行观察。在高速摄影下，可以观察到狗舔水的基本机制和猫差不多，都是舌尖向后弯曲，然后快速地接触水面，把水给带上来。
( g" R$ D2 K9 }+ P0 @( W% Z5 T
5 o4 ?% h- m0 i" h+ t( O( L
5 O! l9 _/ y; a; `8 R
狗舔水慢动作 图源：Reddit
: Y8 ^- q/ y. c2 T4 m
" M& y8 L3 Z" v3 o6 A% W
$ B1 k* \! f/ `; b. \3 E
; P* Z5 ? U3 u! P) U( X/ K
# e8 F9 E! j7 {% E* ^7 ]5 N& I+ p5 ]
& r7 a) r5 n6 k. B4 c- b- G! a% m$ Y0 A x. h
图源：文献2
9 @0 _) c% h% e' l$ s% Z( Y8 h: B- n m
为了更清晰地看到水是如何进入狗口中的，科学家甚至动用了X光机进行拍摄。既然用了X光机，狗喝的水肯定也不是普通的水了，而是混合了钡和奶的混合物。这下可以清晰地看到，狗也是利用惯性，用舌头把水给“引”上来的。
+ c2 D% \9 i% N$ {! T! A2 V
A+ C, j( T) w! V: f O7 y8 }
# | X) F5 z+ h+ n; t
, x6 M z0 j, M4 j+ ?6 J
图源：文献2
2 N/ q4 d0 q' e$ D& M' G& l
但狗舔水不同的地方是，狗舔水会把舌头更深地伸入到水里面，再把舌头缩回来的时候，这时就会溅出很多的水花。
也因为狗舔水头进
入水更深，因此给人一种狗是用舌头把水舀起来的错觉。
0 \3 e- u6 p, Z* w3 p5 ]
( k q- a* X# l! O( X) q
图源：VOAnews
. a& X6 ~1 I& G- v6 c6 U( P: \ q
总结一下，虽然猫和狗的舔水机制一样，但狗舔水的时候，控制不好舌头进水的深度，会打出一个水花，这时候就有可能搞得自己和地板都湿漉漉的；而猫舔水的时候，则会是相对稳定的水柱，动作显得很干净。打个比方，如果说猫咪是跳水运动员，压得住水花，那么狗子就是一个普通人跳水。
' i4 P: f0 L: b3 A
看来，猫比狗优雅是真的科学，喝水压水花就可以看得出来。
) e* W1 j3 r+ Q! v# ~( m a; f
参考文献：
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.
|
楼主:
晓昀
发表于 2020-12-29 13:36:16
QQ好友和群
收藏
淘帖
问题专业，描述清楚
伸手党/灌水/看不懂
楼主
. \5 I. p( n$ U- ~3 f# s
