Кошачья гидромеханика

Кошки – от домашних до тигров и львов – всегда считались эталоном грации и ловкости. Их плавные движения, кажется, победили законы гравитации. Но, как выяснили ученые, удивительные способности кошек к гармоничному движению относятся не только к их передвижению, но и к таким мелочам, как процесс питья.

Кошки, большие и маленькие, лакают жидкости совсем не так, как, например, собаки. Они пьют, не погружая язык в жидкость, а лишь легко касаясь им поверхности,

выяснили исследователи Массачусетского технологического института (MIT), Технического университета Вирджинии и Принстонского университета. Их работу публикует Science.

Зрительно механизм лакания знаком каждому, кто наблюдал за тем, как есть и пьет домашняя кошка. Животное вытягивает язык вертикально вниз, а кончик языка, изогнутый назад в форме латинской буквы J, образует «ложечку». Таким образом, первой к поверхности жидкости прикасается лицевая (верхняя) сторона языка. Впервые этот механизм точно зафиксировал инженер из MIT профессор Гарольд Эджертон в 1940 году.

Однако с помощью современных методов видеосъемки, позволяющих фиксировать картинки с высокой частотой, ученые выяснили, что лицевая сторона языка – единственная поверхность, касающаяся жидкости.

Кошки, в отличие от собак, вообще не погружают «ложечки» своих языков в жидкость.

Механизм лакания у кошек более сложный и изящный. Гладкий кончик языка легко касается поверхности перед тем, как кошка резко поднимает язык. В результате образуется струйка между движущимся языком и поверхностью жидкости. Затем кошка закрывает рот, «откусывая» верхнюю часть струйки. Только это небольшое количество жидкости она выпивает за один раз, однако ее подбородок при таком механизме лакания остается сухим и чистым.

Кошка инстинктивно знает, как часто нужно лакать и в какой момент нужно закрыть рот, чтобы успеть получить порцию молока до того, как струйка, протянувшаяся от кончика языка до поверхности жидкости, разорвется под действием силы тяжести. Например, домашние кошки делают четыре «глотка» в секунду, каждый раз съедая столбик жидкости высотой 0,1 мм, а крупные кошки – тигры или львы – лакают гораздо медленнее.

Авторы работы изучили механизм этого процесса, проанализировав данные цифровых видео лакания домашних кошек (одним из «добровольцев» был кот руководителя исследования Романа Стокера), а также крупных животных из семейства кошачьих из зоопарков вблизи Бостона. Анализируя видеозаписи в замедленном режиме, ученые оценили скорость движения языка и частоту лакания. После этого они разработали математическую модель, в которую было включено число Фруда (мера соотношения сил инерции и гравитации). Для кошек всех размеров оно оказалось одинаковым, что говорит о совершенном балансе, достигнутом природой.

Для понимания динамики лакания была также создана механическая модель (на видео) кошачьего языка, который движется вверх и вниз над тарелкой воды. Таким образом исследователи полностью изучили механизм лакания.

«Количество жидкости, поглощаемое кошкой за один «глоток», зависит от размера ее языка и скорости его движения. Наша работа – экспериментальные измерения и теоретическое моделирование – показала, что кошка сама выбирает скорость лакания, чтобы максимально увеличить количество жидкости в «глотке». Значит,

кошки куда разумнее, чем думают некоторые люди, по крайней мере в том, что касается гидродинамики»,

– поясняет Джеффри Аристофф, математик, работающий над теоретическими моделями поверхности жидкостей.

Работа началась около трех с половиной лет назад. Стокер, изучавший механику передвижения бактерий в океане, обратил внимание на то, как его кот пьет молоко, и заинтересовался механизмом этого процесса. Его кот Катта Катта (что на языке австралийских аборигенов означает «звезды звезды») стал первым участником эксперимента. Правда он вел себя как «звезда»: когда ученые приходили с видеокамерой, чтобы заснять процесс лакания, кот часами не подходил к чашке. Однако исследователи продолжали работу, которая началась из простого человеческого любопытства, отмечает Стокер.

«Наука позволяет нам посмотреть на природные процессы с новой, неожиданной стороны и понять, как работают те или иные процессы, даже процесс принятия пищи моим котом. Это работа, но вместе с тем и увлечение. Этот проект мы сделали на энтузиазме, потому что всем нам – физикам, математикам, инженерам – было интересно. Мы не привлекали ни дополнительное финансирование, ни студентов, ни особо сложное оборудование. Разобраться в такой повседневной вещи, как лакание, нам позволило любопытство», – заключил он.