Fizyka picia przez koty

Jakieś cztery lata temu Roman Stocker patrzył, jak jego kot Cutta Cutta pije z jego miski. Stocker, inżynier zajmujący się biofizyką drobnoustrojów oceanicznych, zastanawiał się dokładnie, jakie siły fizyczne pozwalają kotu krążyć. Więc on i Pedro Reis, kolega z Wydziału Inżynierii Lądowej i Środowiska, współpracowali z Sunghwan Jung , SM ‘95, dr ‘07, oraz Jeffrey Aristoff ‘04, PhD ‘09, którzy byli wtedy w MIT, aby kręcić i studiować wideo przedstawiające domowe i duże koty podczas picia. Ich badania, opublikowane w Nauka , odkryli, że koty wszystkich rozmiarów wykorzystują idealną równowagę między dwiema siłami fizycznymi.

Naukowcy zauważyli, że kiedy kot pije, wyciąga język prosto w dół w kierunku miski, a jego czubek jest zwinięty do tyłu, tak że czubek języka najpierw dotyka płynu. Później dowiedzieli się, że film Harolda Doca Edgertona z 1940 r., w którym kot chlapie mleko, pokazuje to samo zjawisko. Ale nowe filmy posunęły się dalej, ujawniając, że czubek języka to tylko powierzchni do dotknięcia cieczy. Koty, w przeciwieństwie do psów, nie zanurzają języka jak chochli. Gładka końcówka ledwo dotyka powierzchni, zanim kot cofa język. Gdy to robi, pomiędzy poruszającym się językiem a powierzchnią cieczy tworzy się kolumna cieczy. Kot następnie zamyka pysk, ściskając szczyt kolumny i utrzymując suchy podbródek.

Kiedy język kota dotyka powierzchni cieczy, część cieczy przywiera do niej, podobnie jak woda przywiera do ludzkiej dłoni, gdy dotyka powierzchni basenu. Ale kot podciąga język z powrotem tak szybko, że na ułamek sekundy bezwładność pokonuje grawitację, która ciągnie płyn z powrotem do miski. Kot instynktownie wie, kiedy ta delikatna równowaga się zmieni; zamyka usta na chwilę, zanim grawitacja zatrzyma poruszającą się ciecz przed kontynuowaniem podążania za językiem. Gdyby kot się zawahał, kolumna pękłaby, płyn wpadłby z powrotem do miski, a język wyszedłby pusty.

Naukowcy przeanalizowali szybkie cyfrowe wideo przedstawiające koty domowe, takie jak Cutta Cutta (obejrzyj je powyżej lub na stronie www.technologyreview.com/cat-drink ), a także lwy, tygrysy i jaguary. Spowalniając filmy, naukowcy ustalili prędkość ruchu języków i częstotliwość docierania. Znając rozmiar i prędkość języka, opracowali matematyczny model docierania, który obejmuje stosunek grawitacji do bezwładności. W przypadku kotów wszystkich rozmiarów liczba ta wynosi prawie dokładnie jeden, co wskazuje na idealną równowagę. Koty domowe średnio okrążają cztery okrążenia na sekundę, ale duże koty, których języki są większe, okrążają je wolniej, aby osiągnąć ten sam wynik.

Aby lepiej zrozumieć subtelną dynamikę docierania, naukowcy stworzyli również zautomatyzowaną wersję języka kota, który porusza się w górę i w dół po naczyniu z wodą. Model pozwolił im systematycznie badać różne aspekty docierania i ostatecznie zidentyfikować działające mechanizmy.

ukryć