制作：蘇澄宇
監(jiān)制：中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心
一眼看過(guò)去，你會(huì)覺(jué)得貓和狗喝水沒(méi)什么區(qū)別，都是用舌頭舔。
圖源：Antranik.org、Dogster
狗和貓之所以選擇舔水，而不是吸水，是因?yàn)?b>貓狗等食肉動(dòng)物的面部肌肉和人類(lèi)比，少了太多，在斷奶之后不能密封口腔來(lái)產(chǎn)生吸力，所以必須依靠舌頭將水送入口中。
狗的面部肌肉群圖源：Worldbuilding Stack Exchange
人類(lèi)的面部肌肉群 圖源：Pinterest
如果光是簡(jiǎn)單觀察貓和狗喝水，并沒(méi)什么太大的差別，都是把舌頭伸出來(lái)，然后做出舔舐的動(dòng)作。
但如果引入了流體力學(xué)的研究方式，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)，貓和狗喝水的方式并不一樣。
貓是如何喝水的？
1940年，美國(guó)洛杉磯的大使酒店舉辦了第12屆奧斯卡金像獎(jiǎng)?lì)C獎(jiǎng)典禮，那年，大衛(wèi) 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(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)，無(wú)疑是當(dāng)年的最大贏家。這和貓?zhí)蛩惺裁搓P(guān)系？我想說(shuō)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 ）》。
Quick’n a wink 拍攝劇照 圖源：the guardian
這個(gè)短片介紹了一種攝影技術(shù)——頻閃攝影，這是一種借助電子閃光燈的連續(xù)閃光，在畫(huà)面上記錄物體的連續(xù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程。因?yàn)橐凰查g的動(dòng)作，在頻閃的作用下，幾十個(gè)影像會(huì)同時(shí)出現(xiàn)在畫(huà)面上，所以可以展示出人肉眼無(wú)法看到運(yùn)動(dòng)過(guò)程。
在短片里面，展示了不同物體的慢動(dòng)作，比如雞蛋落在槳葉上被打碎的一瞬間，細(xì)針搓破氣泡的剎那等等。其中，在4分30秒的時(shí)候，展示了一只黑白小貓的舔奶過(guò)程。通過(guò)頻閃攝影，貓的高速舔奶瞬間以慢動(dòng)作的方式展現(xiàn)了出來(lái)。
視頻來(lái)源：quick’n a wink
不過(guò)這個(gè)視頻離解答貓是如何舔水的問(wèn)題，還差得遠(yuǎn)呢！這畢竟只是一個(gè)短片，展示的只是一個(gè)抽象的過(guò)程，并沒(méi)有數(shù)據(jù)化的表述過(guò)程，算不上科學(xué)，要知道這可是科普文章。
Pedro M. Reis是一位物理學(xué)教授，他對(duì)貓如何舔水這個(gè)問(wèn)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(gè)貓?zhí)蛩牧黧w力學(xué)研究。他先找來(lái)了10只貓，并用高速攝影機(jī)捕捉它們舔水的每一個(gè)細(xì)節(jié)，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)來(lái)分析。
下面幾張圖展示的是高速攝影機(jī)拍下的貓?zhí)蛩^(guò)程：
圖源：文獻(xiàn)1
你會(huì)發(fā)現(xiàn)，在單次舔水的過(guò)程中，貓的舌尖并不是伸進(jìn)液體里把奶舀進(jìn)嘴里。而是將舌尖卷曲類(lèi)似于一個(gè)平面，然后靠短暫地接觸液面，把水穩(wěn)定“帶”到3cm的高度，在水因?yàn)橹亓ψ饔孟聣嬛埃炎旌仙?，把滯空的水柱含住?/b>這么反反復(fù)復(fù)舔11次，便完成了喝水的過(guò)程。
下圖是貓?zhí)蛩念l率（舔的動(dòng)作是從舌頭的伸出開(kāi)始，到關(guān)上嘴巴），你可以看到舔的頻率是相當(dāng)穩(wěn)定的，大概是每隔0.25s舔一下。
圖源：文獻(xiàn)1
舔水的最大速度約是78cm/s（下圖）。
圖源：文獻(xiàn)1
水是如何被舌頭帶上來(lái)的呢？科學(xué)家認(rèn)為，當(dāng)舌頭以一定的速度接觸液體并離開(kāi)的時(shí)候，水具有一定的粘性，動(dòng)量的傳遞會(huì)讓一部分水因慣性帶離水面，就像汽車(chē)剎車(chē)的時(shí)候會(huì)把人甩出去一樣。上升過(guò)程中因?yàn)橛兄亓?，水的上升速度不斷減慢，只能到達(dá)一定高度。在整個(gè)作用力分析中，粘滯力和毛細(xì)管力可以忽略不計(jì)。
所以說(shuō)貓?jiān)谔蛩臅r(shí)候，不是用舌頭把水舀進(jìn)嘴里，而是通過(guò)慣性，把水帶上來(lái)，再含住。而貓?zhí)蛩念l率剛剛好在慣性和重力之間進(jìn)行了完美的平衡，如果再快一點(diǎn)或者再慢一點(diǎn)都不能喝到最多的水。
貓?zhí)蛩齽?dòng)作 圖源：KQEDdeeplook
為了驗(yàn)證自己的想法是對(duì)的，即貓?zhí)蛩念l率是由重力和慣性決定的，科學(xué)家做了一個(gè)模型來(lái)復(fù)刻舔水瞬間，模型上圓盤(pán)的大小和貓舌頭接觸液面的面積大小一樣。這個(gè)模型會(huì)垂直接觸水的表面，通過(guò)改變接觸面的大小和速度，來(lái)觀察這兩個(gè)因素對(duì)被帶上來(lái)的水的體積的影響。
圖源：文獻(xiàn)1
然后科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，只有以貓?zhí)蛩乃俣群皖l率接觸并離開(kāi)水面的時(shí)候，上升的水柱體積才是最大的。所以說(shuō)，貓?zhí)蛩姆绞绞亲羁茖W(xué)的，雖然貓并不知道什么是科學(xué)。
然后科學(xué)家通過(guò)Youtube觀察了其他貓科動(dòng)物，比如老虎、獅子、美洲獅等，結(jié)果發(fā)現(xiàn)貓科動(dòng)物的舔水都是有規(guī)律的，并且符合一個(gè)公式：
f=4.5M^?0.14 ，f是頻率，M是動(dòng)物的質(zhì)量，單位是千克。公式可以簡(jiǎn)單理解為，越重的貓咪，舔水的頻率越低。
狗是如何喝水的？
狗舔水可沒(méi)有貓咪那么優(yōu)雅了。同樣地，科學(xué)家也是通過(guò)高速攝影機(jī)對(duì)狗狗舔水進(jìn)行觀察。在高速攝影下，可以觀察到狗舔水的基本機(jī)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(lái)。
狗舔水慢動(dòng)作 圖源：Reddit
圖源：文獻(xiàn)2
為了更清晰地看到水是如何進(jìn)入狗口中的，科學(xué)家甚至動(dòng)用了X光機(jī)進(jìn)行拍攝。既然用了X光機(jī)，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(lái)的。
圖源：文獻(xiàn)2
但狗舔水不同的地方是，狗舔水會(huì)把舌頭更深地伸入到水里面，再把舌頭縮回來(lái)的時(shí)候，這時(shí)就會(huì)濺出很多的水花。也因?yàn)楣诽蛩囝^進(jìn)入水更深，因此給人一種狗是用舌頭把水舀起來(lái)的錯(cuò)覺(jué)。
圖源：VOAnews
總結(jié)一下，雖然貓和狗的舔水機(jī)制一樣，但狗舔水的時(shí)候，控制不好舌頭進(jìn)水的深度，會(huì)打出一個(gè)水花，這時(shí)候就有可能搞得自己和地板都濕漉漉的；而貓?zhí)蛩臅r(shí)候，則會(huì)是相對(duì)穩(wěn)定的水柱，動(dòng)作顯得很干凈。打個(gè)比方，如果說(shuō)貓咪是跳水運(yùn)動(dòng)員，壓得住水花，那么狗子就是一個(gè)普通人跳水。
看來(lái)，貓比狗優(yōu)雅是真的科學(xué)，喝水壓水花就可以看得出來(lái)。
參考文獻(xiàn)：
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.