news.mit.edu, Denise Brehm, 2010г.
Проведённые исследования показывают, что даже в том, как лакать воду , кошки достигли совершенства. Они делают это эффективнее всех остальных животных, пьющих жидкость подобным образом.
Не подлежит сомнению природная грация и изысканность движений домашних кошек. Но знаете ли Вы, что эти же определения относятся и к тому, как кошки пьют?
Известно, что когда кошка лакает, она вытягивает свой язык прямо вниз, а кончик загибает назад так, что верхняя часть языка первой касается поверхности жидкости. Впервые это было установлено при съемках процесса лакания в 1940 году, которые провёл Гарольд Юджин «Док» Эджертон (англ. Harold Eugene "Doc"), американский инженер и изобретатель, специализировавшийся в области электротехники, профессор Массачусетского Технологического Института (MIT). Он впервые использовал стробоскопический эффект в фотографии, чтобы получить снимки разбитого на отдельные части действия.
Видео: Pedro M. Reis, Sunghwan Jung, Jeffrey M. Aristoff , Roman Stocker
Однако, последние высокоскоростные видеозаписи, сделанные в MIT, Политехническом университете Виргинии и Принстонском университете показали, что кончик кошачьего языка является единственной частью, соприкасающейся с жидкостью. Кошки, в отличие от собак, не погружают весь язык в воду, черпая её подобно ковшу. Когда кошка пьёт, её техника гораздо тоньше и элегантнее. Мягкий кончик языка едва касается поверхности жидкости до того, как кошка вытягивает свой язык обратно. При этом образуется столб жидкости между языком и поверхностным слоем воды. Кошка закрывает рот, отсекая верхнюю часть столба так, что подбородок остаётся сухим.
Когда кошачий язык касается поверхности воды, жидкость прилипает к нему, подобно тому, как вода прилипает к человеческой ладони, если прислонить её к воде. Но кошка двигает языком так быстро, что на долю секунды жидкость сохраняет направление движения. Следуя за языком, вода преодолевает силу притяжения, которая тянет её вниз, к блюдцу. Кошка инстинктивно чувствует этот тонкий баланс сил. Она закрывает рот в тот момент, когда гравитация начинает «побеждать» силу поверхностного натяжения. Если бы она делала движения медленнее, столб жидкости бы разрушался, вода стекала обратно в миску, а язык попадал бы в рот сухим.
Домашняя кошка пьёт, циклически двигая языком четыре раза в секунду, тогда как представители больших видов, такие как тигры, заметно реже. Тигры могут себе это позволить, так как их язык гораздо больше, поэтому равновесие между силами гравитации и инерции наступает позже.
Учёные анализировали скоростные видеозаписи как домашних, так и больших кошек - тигров, львов, ягуаров из зоопарка Новой Англии (Бостон). Кроме того, был обработан большой объём записей процесса лакания больших кошек, доступных на YouTube.
В результате была определена скорость и частота движения языка по ходу питья. Получив эти данные, зная размер языка, исследователи создали математическую модель лакания, которая позволяла описать взаимодействие силы поверхностного натяжения и силы тяжести. Выяснилось, что для кошек любого размера, частота, с которой они лакают жидкость, соответствует максимально эффективному значению.
Для лучшего понимания тонкой динамики процесса, исследователи создали роботизированную версию кошачьего языка, движущегося вверх-вниз над блюдцем с водой. Это позволило им изучить различные аспекты того, как пьёт кошка, а в итоге - описать механизм, лежащий в основе этого процесса.
"Это одна из лучших наших работ, которую я могу припомнить, иллюстрирующая, как, по новому посмотрев на давно знакомые вещи, удаётся увидеть то, чего раньше никто не замечал", - сказал профессор Стивен Фогель из Университета Дьюка (Steven Vogel, Duke University), биомеханик, не участвовавший в проекте. "Теперь, зная результаты, я вижу, что описание и предлагаемые объяснения процесса, полностью соответствуют моим собственным случайным наблюдениям за тем, как пьют кошки".
Исследователи начали работу три года назад, когда Stocker, изучавший биофизику движения микробов в океане, заинтересовался тем, как пьёт его кот. Именно он, 8-летний Cutta Cutta, запечатлён на видео и фото исследователей. Подобно кинозвёздам (Cutta Cutta – на языке аборигенов значит “stars stars”), не стеснялся заставлять людей ждать. Stocker и Reis часами дежурили с камерами наготове, ожидая пока Cutta Cutta подойдёт к блюдцу, чтобы попить.
Наука позволяет нам посмотреть на естественные процессы другими глазами, понять, как они протекают, даже если изучается такая прозаическая вещь, как кошачье лакание. Этот проект потребовал организованной командной работы, творческого подхода к делу. Исследования были проведены без какого-либо финансирования, привлечения ассистентов, без большого количества оборудования. Они стали подтверждением того, что очень интересные, неожиданные результаты можно получить, изучая явления, являющиеся частью нашей повседневной жизни.
Обращали ли Вы внимание на то, как кошка пьет воду или молоко? Думаю, этот пост будет интересен и полезен тем, кто души не чает в своих обожаемых кошечках.
Сотрудники Массачусетского технологического института впервые представили исчерпывающее объяснение физики процесса лакания кошками жидкости.
О том, что кошки изгибают язык в форме буквы «J» известно с сороковых годов прошлого века. Чтобы выяснить, как кошки лакают, профессор Массачусетского технологического института (MIT) Гарольд Эдгертон (Harold Edgerton) использовал стробоскопическую съёмку. Тогда стало известно, что кончик своего языка животные загибают не вперёд, что кажется логичным, а назад, так что первой в жидкость попадает верхняя часть языка.
Исследование, охватившее и домашних питомцев, и более крупных представителей семейства кошачьих, показало, что в действительности верхняя поверхность кончика языка — единственное, чем кошки касаются жидкости.
Иными словами, они не лакают в общепринятом смысле этого слова — в отличие, скажем, от собак, которые используют язык как обычный черпак.
Когда язык кошки, едва коснувшись жидкости, начинает подниматься, за ним тянется целая колонна. В нужный момент пасть захлопывается, и часть этой колонны оказывается во рту.
Столб жидкости формируется в результате одновременного воздействия на нее двух физических сил: гравитации, которая тянет жидкость вниз, и инерции, заставляющей вещество двигаться в одном и том же направлении, пока не вмешивается какая-то другая сила.
Инстинктивно кошка знает, как соблюсти баланс между этими силами и в какой момент следует закрыть рот.
Опоздай она на долю секунды — и сила тяжести победит инерцию. А подбородок и усы после этого придется вытирать.
Любопытно, что обычная домашняя кошка совершает примерно четыре движения языком в секунду, получая каждый раз где-то 0,1 миллилитра жидкости.
Ее более крупные сородичи лакают медленнее, ибо это необходимо для поддержания вышеупомянутого баланса.
Кстати, бывает и такое, что кошка отказывается пить воду (молоко) из блюдца, потому что ей это крайне не удобно
Оказывается, всё дело именно в форме, которую приобретает язык при лакании жидкости.
Такую своеобразную форму, конечно же, легче и удобнее опускается в ёмкость более глубокую. Поэтому зачастую кошки предпочитают более глубокую посуду.
Убедиться в том, что основную роль в этом процессе играет гидродинамика, ученым помогли не только собственные съемки, но и видеопортал YouTube.
Оказалось, что «полевые исследования», по сути, уже проведены, оставалось только посмотреть ролики в замедленном виде.
Наверное, мало найдется людей, которые никогда бы не видели, как пьет кошка. И многие из них задумывались, как именно она это делает. С человеком в этом плане все понятно – он просто всасывает воду. Так же, кстати поступают и многие другие животные – овцы, коровы, не говоря уж о наших ближайших родственников. Собачьи поступают иначе – они для питья используют язык, который превращается в ложку.
Кошки же ведут совершенно иначе. Еще раз представьте собачью миску – вода разбрызгивается, морда, вся мокрая. Кошки же походят к водопою деликатно, лакают аккуратно, остаются при этом чистенькие и сухие. Просто идеальные воришки – стоит только отвернутся и сметанного похитителя можно опознать только по довольной морде.
Еще в 1940 году Гарольд Эдгертон из Массачусетского технологического института занимался изучением способов питья у кошек. Его инновацией было использование стробоскопической съемки. Тогда удалось установить только «неправильный» загиб языка, не вперед ложкой, а назад.
Работы Эдгертона продолжил Роман Стокер из того же института и его коллеги. Подвигло ученого на такой шаг наблюдение за собственным котом. Роман записывал на видео процесс и потом просматривал записи в очень, замедленном режиме (до 67 раз). Кстати просмотр записей оказывается полезным не только для научных исследований, но и для получения скидок, которые дает, например, интернет-магазин skveez.com . И результаты оказались ошеломляющими. Начать с того, что бытовало мнение о необходимости волосков на языках кошачьих именно для лакания. В исследованиях доказано, что это не так. Механизм совершенно отличен, от всех иных способах питья. Кошка лишь слегка касается языком жидкости и только самой поверхности. Часть воды прилипает к языку за счет адгезии. Затем следует быстрое движение языка, в результате которого вода увлекается вслед за языком, и начинает приподниматься, образуя столбик. Причем процесс образования этого столбика нелинейный – сначала идет наращивание объема водного столба, потом достигается некоторый максимум и далее столбец истощается и падает. Вот в момент наибольшей полноты столбца кошка быстро смыкает челюсти, как бы откусывая верхнюю часть столбца. Просто удивительно как мог возникнуть именно такой механизм питания. Тем более, что необходим очень тонкий баланс в определении момента «откусывания»: чуть раньше или позже и животному достанется значительно меньшее количество жидкости.
Предполагается, что причиной такого интересного поведения стала особая чувствительность вибрисов кошек, расположенных на морде, нелюбовь к намоканию. Что еще интересно, такой способ характерен для всех представителей кошачьих. Это было проверено учеными по видеозаписям больших кошек (львов, тигров, леопардов). На основе разработанной математической модели был создан робот-лакатель. А так же показано, что частота лакания обратно пропорциональна размеру кошки и языка соответственно.
И кошки, и собаки не могут пить как человек: мышцы их щек не позволяют им втягивать жидкость внутрь так, как это делаем мы с вами. Поэтому воду они лакают - но как они это делают?
Счастливые хозяева, в доме которых живут и кошки и собаки, наверняка обращали внимания, что кошки при лакании разбрызгивают гораздо меньше жидкости. Это происходит не потому, что кошки более чистоплотные, а потому, что кошки и собаки пьют по-разному. Более того, лакание кошек - это сложный физический процесс !
Но начнем с собак: их механизм лакания очень просто для восприятия. Наклоняясь над миской, собака высовывает язык и загибает кончик назад, превращая его в маленькую ложку-черпак. Это ложку собака опускает в воду и заносит обратно в рот (разбрызгивая воду вокруг, причем чем крупнее собака - тем сильнее).
А теперь перейдем к кошкам. При лакании кошка тоже выгибает язычок назад, но при этом не пытается зачерпнуть им воду. С большой скоростью она ударяет сгибом языка по воде и сразу убирает его , и под действием сил натяжения на поверхности воды образуется небольшой водяной столбик, который кошка заглатывает, захлопнув рот.
Роман Стокер (Roman Stocker), большой любитель кошек и любопытный ученый, и его команда инженеров из Массачуссетского технологического института (MIT) провели исследование, в ходе которого показали, что кошка не просто пьет воду таким интересным способом, но и делает это максимально эффективно: её движения точно рассчитаны так, чтобы поглощать максимальное количество воды с минимальными усилиями. Для того чтобы это показать, ученые даже построили специального робота, работу которого сравнивали с собственными домашними кошками.
Процесс питья у кошек оказался куда сложнее, чем представлялось. Чтобы узнать, как жидкость попадает кошкам в пасть и почему удивительные создания развили именно такой механизм, биологи и инженеры провели эксперимент. Он показал, что элегантный механизм лакания у кошек использует тонкий баланс двух физических сил.
Чтобы выяснить, как кошки лакают, профессор Массачусетского технологического института (MIT) Гарольд Эдгертон (Harold Edgerton) использовал стробоскопическую съёмку ещё в 1940 году. Тогда стало известно, что кончик своего языка животные загибают не вперёд, что кажется логичным, а назад, так что первой в жидкость попадает верхняя часть языка. На этом вроде бы секрет лакания был раскрыт. Понадобилось ещё полвека, чтобы понять — это не так.
Теперь Роман Стокер (Roman Stocker) и его коллеги из MIT, политехнического института Вирджинии (Virginia Tech) и Принстона (Princeton University) показали: деликатные животные вовсе не пользуются языком как ложкой.
Более того, выясняется, что язык кошек практически не проникает ниже поверхности воды или молока, а только лишь слегка касается её. Эта тактика радикально отличается от лакания у собак, которые черпают жидкость, делая из языка подобие ложки.
Роман и его домашний кот по имени Cutta Cutta. Катта-Катта на языке аборигенов Австралии означает «звёзды-звёзды», – сообщает исследователь (фото MIT, Pedro Reis, Micaela Pilotto, Roman Stocker).
На это занятное исследование Стокера подтолкнуло наблюдение за собственным котом. Вместе со своим коллегой Педро Рейсом (Pedro Reis) Роман часами просиживал перед миской Катта-Катта, ожидая, когда тот соизволит попить.
Наготове стояла высокоскоростная камера. Снятые ею кадры и послужили опорой для дальнейшей работы. На представленном видео Катта-Катта лакает с замедлением в 12 раз.
Таким образом удалось узнать главный секрет лакания. Когда кончик языка дотрагивается до жидкости, некоторая её часть в силу адгезии прилипает к поверхности языка. А поднимается он очень быстро — за доли секунды. В результате часть воды или молока увлекается вверх. Между языком и поверхностью жидкости в миске формируется столбик, непрерывно меняющий свою длину и толщину.
В этом столбике борются две силы — инерции движущейся жидкости и тяжести. Этот хрупкий баланс постоянно меняется. Но кошка инстинктивно знает, в какой момент он наиболее точен: животное быстро закрывает рот, когда колонна жидкости имеет наибольший размер, при этом верхнюю часть вкусного столбика мурка словно откусывает. В следующем ролике заснято лакание Катта-Катта с замедлением в 67 раз.
Удивительная сноровка кошачьих, разумеется, выработалась в ходе эволюции. Если кошка поторопится закрыть рот, ей достанется меньше жидкости, а если чуть-чуть промедлит – молоко и вовсе упадёт обратно в миску и челюсти сомкнутся вокруг пустого места (фото Matt Debouge).
Внимательно рассмотрев кадры, биологи пришли к выводу, что большие кошки лакают точно так же, как домашние Felis catus . Разница только в частоте движений: домашняя кошка лакает около четырёх раз в секунду, а большие представители семейства кошачьих — несколько реже. И это согласуется с моделью: больше язык, больше объём воды, меньше скорость, при которой в столбе жидкости достигается баланс между инерцией и земным притяжением.
Для того чтобы уточнить тонкие детали процесса, учёные даже построили робототехнический заменитель языка кошки, с большой скоростью дотрагивающийся до воды и поднимающийся обратно. В видеоролике движение этого аппарата показано с замедлением в 100 раз.
Результат труда, начатого три года назад, ныне оформлен в виде статьи в Science. Основываясь на выведенных уравнениях, авторы научились предсказывать частоту лакания в зависимости от массы тела. Измерения фактической частоты по съёмкам показали, что модель верна. Значит, принцип питья оказался неизменен для кошек всех размеров.
Катта-Катта заодно помог исследователям обнаружить, что крошечные волоски на языке, которые, как когда-то предполагалось, помогают кошкам захватывать жидкость, не участвуют в процессе (фото MIT, Pedro Reis, Micaela Pilotto, Roman Stocker).
Стокер подчёркивает, что модель лакания появилась в результате наблюдения за повседневными вещами. «Наука позволяет нам взглянуть на природные процессы другими глазами и понять, как всё это работает, даже если это всего лишь выяснение того, как мой кот поглощает свой завтрак, — рассказывает Роман в
