Как кошка пьет биомеханика движений + видео!

Процесс питья у кошек оказался куда сложнее, чем казалось раньше. Чтобы узнать, как жидкость попадает кошкам в пасть и почему удивительные создания развили именно такой механизм, биологи и инженеры провели эксперимент. 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.

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.

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 (имя кота), ожидая, когда тот соизволит попить. Наготове стояла высокоскоростная камера. Снятые ею кадры и послужили опорой для дальнейшей работы.
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.

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.

Остаётся понять, почему коты пришли к такому необычному способу поглощения жидкости. У Романа и его коллег имеется предположение: всё дело в некоторой нелюбви кошек к воде и их природному стремлению к чистоте. Кошачий способ лакания намного аккуратнее собачьего. Он позволяет в большей степени сохранить сухими чувствительные области вокруг носа и великолепные усы (вибриссы), помогающие хищнику ориентироваться в темноте.

Исследовательская работа по физике “Физические явления в поведении кошки”

Работа посвящена изучению механических процессов в организме кошки и имеет прикладной характер. Исследованы теоретически виды механического движения в жизни кошки: равномерное, равноускоренное, колебательное, вращательное.

Практически исследованы механические характеристики кошки (масса, объём, плотность тела кошки, давление кошки на опору, температура кошки, средняя скорость).

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение Лицей им.Г.Ф.Атякшева

«Физические явления в поведении животных
(на примере кошки)»

Автор работы:
Подойникова Полина

Ученицы 7 класса

Руководитель :
С.В. Делянова,

Глава 1 Кошка, биомеханика и другие науки_____________________________________________ 4

Глава 2 Механические характеристики кошки____________________________________________5

2.1 Измерение массы кошки___________________________________________________________5

2.2 Измерение объема кошки__________________________________________________________7

2.3 Измерение плотности кошки_______________________________________________________8

2.4 Измерение давление кошки на опору________________________________________________9

2.5 Измерение температуры кошки_____________________________________________________10

Глава 3Кинематика кошки____________________________________________________________10

3.1 Измерение средней скорости кошки_________________________________________________11

3.2 Измерение ускорения____________________________________________________________12

3.3 Механические колебания в жизни кошки____________________________________________13

Глава 4 Основы пазематологии________________________________________________________13

4.1 Падение и приземление___________________________________________________________14

4.2 Кошка в падении_________________________________________________________________14

Работа посвящена изучению механических процессов в организме кошки и имеет прикладной характер. Исследованы теоретически виды механического движения в жизни кошки: равномерное, равноускоренное, колебательное, вращательное.

Практически исследованы механические характеристики кошки (масса, объём, плотность тела кошки , давление кошки на опору, температура кошки, средняя скорость).

Создан буклет «Паспорт здоровья кошки Муськи».

Физика не только может, но и должна глубоко вторгаться

в биологию, как своими средствами исследования,

так и свойственными ей теоретическими представлениями.

Характерной приметой нашего времени является взаимопроникновение различных наук, рождение комплексных отраслей знаний и их бурное развитие. Буквально на наших глазах возникли такие науки, как биофизика, бионика, биохимия. Биофизика – это наука о физических и физико-химических явлениях, протекающих в живых организмах и лежащих в основе жизненных процессов, а также о действии физических факторов на живые организмы.

Как объект исследований кошка всегда привлекала учёных. Во многих трудах описана способность кошки приземляться на четыре лапы, что подтверждает закон сохранения момента импульса ( p=m*v ). Пазематология (от греческого «pasema» – падение), наука о падениях кошек, представляет интерес для медицины: раскрытие секретов кошачьей живучести могло бы помочь уменьшить травматизм человека. Но полной картины о том, какие законы механики проявляются в жизни кошки, нет. Работа имеет прикладной характер и интересна тем, что позволяет составить «Паспорт здоровья» моей любимой кошки Муськи.

Предмет исследования: изучение физических процессов в организме кошки.

Объект исследования: кошка Муська –возраст 2 года.

Гипотеза: если исследовать виды механического движения и механические характеристики кошки, можно выяснить, какие законы механики проявляются в её жизни.

Цель работы: выяснить действие законов механики на кошку и создать «Паспорт здоровья» кошки Муськи.

1. Изучить литературу по биомеханике и выяснить, как законы механики связаны с кошкой;
2. Выявить теоретические основы о падения кошек;
3. Исследовать некоторые механические характеристики кошки (масса, объём, плотность тела кошки , давление кошки на опору, температура тела,средняя скорость);
4. Провести систематизацию связей, обобщить результаты исследования, выявить основные закономерностимеханических процессов кошки и составить её «Паспорт здоровья».

Методы исследования: аналогия, классификация, моделирование, эксперимент, анализ

и синтез, наблюдение, опрос класса.

В наше время, конечно же, мало стран, где считают кошку священным животным, но то, что она во многих семьях их полноправный член, это факт. И при этом кошка остается маленькой загадкой, которая живет рядом с человеком несколько тысячелетий. Ученые получили много новых данных об этом зверьке, но они в своих исследованиях до сих пор не поставили последней точки, а мир продолжает удивляться невероятным способностям этих маленьких созданий. Первые представители кошачьего семейства появились около 50 млн. лет назад. Это были хищные животные, похожие на горностая. Из них путем эволюции и последующего одомашнивания и возникла современная кошка.

Кошка – совершенство природы. Кошкам нет равных в многообразии их физических возможностей. Туловище длинное и гибкое. Кости в сравнении с размерами животного не очень большие, отличаются плотностью и гибкостью, которую увеличивают не менее крепкие мышцы и сухожилия, довольно свободно соединяющие их. Именно последнее обстоятельство наделяет кошек неподражаемой грацией и изяществом движений.

Своей грацией кошки обязаны не только скелету, но и быстроработающим мышцам. У кошки около 500 мышц, и все они прекрасно развиты. Самые сильные из них расположены на задних ногах, плечах, в области шеи и челюстей. На голове расположено 34 мышцы, что определяет достаточно хорошую мимику. Также хорошо развиты мускулы на пальцах.

Они владеют такими приемами, как прыжки, лазанье, ползание, акробатика, умение сжиматься, молниеносно реагировать и замедленно двигаться. Люди, у которых есть кошки, живут дольше и менее подвержены стрессам и сердечным приступам. Великий этолог Конрад Лоренц писал, что «некоторые животные демонстрируют свое настроение выражением морды, но никто из них так не преуспел в этом искусстве, как кошки».

1 марта в России отмечается День кошек. Всемирный день кошек отмечается 8 августа.

Фелинология (от лат. felinus — кошка и греч. logos — наука) — наука о кошках, подчеркнула, что кошки — умные животные. Ведь между сложностью двигательных функций и объёмом мозга существует прямая связь. Кошки могут прыгать в высоту, которая превышает её рост в 5 раз. Кошка великолепный акробат. Обе половины тела кошки могут двигаться в противоположных направлениях, и в любом направление могут вращаться её передние лапы.

Биомеханика (bios – жизнь и mechanike – наука о машинах) характеризуется применением основных принципов механики, т.е. науки о механических движениях материальных тел и взаимодействиях, происходящих при этом между ними, к живым организмам. Основы биомеханики были заложены в глубокой древности (III-IV век до н.э.). Архимед вывел закон о равновесии плавающих тел, Аристотель и Демокрит пытались объяснить органическую жизнь с точки зрения атомизма. Галилей закладывает основы механики, Гарвей объясняет механизм кровообращения в организме животного и человека. Эти исследования стали источником идей сравнения живого организма с машинами, работающими по законам механики. Гук в конце XVI века формулирует закон механики о зависимости между деформацией и напряжением упругого тела, который лег в основу биомеханического объяснения работы мышц. Джованни Борелли в 1679 году выпускает книгу по биомеханике «О движениях животных». Открытие Ньютоном законов механики завершило формирование базиса для биомеханических исследований.

Кости, мышцы, связки и сухожилия составляют основную часть массы тела кошки. Организм кошки состоит из различных тканей, но с точки зрения биомеханики рассматриваются только три основных компонента – жировая масса и мышечная масса, которая приблизительно на 70% состоит из воды. Таким образом, воду можно рассматривать как третий компонент, определяющий массу тела.

1.Массу кошки можно измерить, используя весы.

2. Определим цену деления шкалы весов. Берем на шкале два любые ближайших числа, из большего вычитаем меньшее, а разность чисел делим на количество делений между ними
Ц.Д весов = (3кг- 2кг)/10 = 1кг/ 10 = 1000г /10 = 100 г.

3.Отмечаем деление, которое показывает стрелка весов. Определим число маленьких делений, пройденных стрелкой весов, умножим на цену деления. Результат прибавим к предыдущему.

m общая = 2кг +6 * Ц -Д весов = 2кг +6 * 100г = 2кг600г = 2600г

4.Массу кошки определяют по формуле: m кошки =m общая – m пакета

Ученые выяснили, что кошки лакают не так, как собаки и другие млекопитающие. Вместо того чтобы погружать язык в жидкость, они лишь касаются им поверхности. Это позволяет сохранять подбородок чистым и четко контролировать объем потребляемой жидкости.

WCS сообщает о критическом падении последней на Земле популяции амурских тигров

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.

Наверное, каждый владелец кота или кошки хотя бы раз наблюдал за тем, как его питомец лакает воду. У этих животных данный процесс получается непринужденным и очень аккуратным. Кошка пьет воду совсем не так, как человек. Она лакает, погружая в жидкость самый кончик языка, а затем быстро убирая его в рот.

Собака пьёт воду иначе. Она делает язык в форме ложки, после чего зачерпывает им воду и глотает. В отличие от кошек, у собак процесс поглощения воды происходит менее аккуратно: они могут разбрызгивать жидкость.

Специально для того чтобы найти ответ на этот вопрос, ученые проводили исследования. В процессе они выяснили, что особый механизм поглощения жидкости у этих животных связан с поверхностным натяжением, которым обладает вода. Если понаблюдать за котом, то можно увидеть следующее: когда животное хочет сделать глоток, оно выгибает кончик языка в виде буквы L, после чего касается водной глади ровной частью изгиба. Затем животное очень быстро поднимает язык.

Язык кошки действует наподобие поршня. Он тянет за собой столбик воды. Это хорошо видно на замедленной съемке процесса лакания. Как только часть жидкости попадает кошке в рот, она глотает ее. Это необходимо сделать быстро, чтобы не дать воде осесть. Пьющая кошка погружает язык в воду 4 раза за секунду.

В более медленном ритме у животного лакать питьевую воду просто не получится. За каждый раз зверьку попадает в рот примерно 0,1 мл воды.

Почему природа придумала такой сложный механизм поглощения жидкости у котов? Все дело в том, что эти животные не очень любят воду. Наверное, почти каждый владелец знает, как трудно искупать кошку. Именно из-за неприязни к жидкости пушистые хвостатые пьют таким образом, чтобы не намочить шубку и усы. Наслаждаясь водой, животное остается полностью сухим.

Для объяснения природы лакания специалист Гарольд Эджертон из Массачусетского технологического института в 1940 году проводил эксперимент, в ходе которого использовал стробоскопическую съёмку. Тогда же было доказано, что животное при лакании сначала касается поверхности воды верхней частью язычка.

Спустя почти полвека, эксперимент был вновь повторен. На сей раз съемки проводил Роман Стокер, который уточнил, что кошачий язык почти не проникает глубже поверхности жидкости. Эксперимент специалист осуществлял, наблюдая за собственным котом. Наготове у него была высокоскоростная камера. Съёмка позволила проанализировать процесс лакания и сделать соответствующие выводы.

При касании животным поверхности жидкости определенная ее часть благодаря свойству адгезии «прилипает» к кошачьему языку. Водяной столбик, формирующийся между ртом кошки и поверхностью жидкости, постоянно меняет свою толщину и высоту. Природа кошек такова, что они инстинктивно чувствуют, в какой момент столбик жидкости имеет наибольшую величину. В это время животное быстро закрывает рот, как бы «откусывая» верхнюю часть водяного столба.

Как коты пьют воду более или менее понятно. Как же обстоят дела с поглощением жидкости у котенка? С рождения котята учатся выполнять простейшие действия. В этом им помогает мать. Лакать как взрослые малыши также могут не сразу. Если наблюдать за тем, как котенок пьет воду, то можно заметить, что вначале он только тыкается мордочкой в миску и глотает жидкость ртом.

Из-за поглощения жидкости подобным образом в носик котятам попадает вода. Поэтому нередко малыши чихают после того, как попьют. Правильно пить водичку котята учатся, наблюдая за мамой-кошкой.

Но иногда бывает так, что маленькие животные по каким-то причинам остаются без матери. В таких ситуациях заботу о новорожденных малышах часто берет на себя человек. Котят вначале кормят из бутылочки, после чего они самостоятельно учатся пить из миски.

Такие животные часто пьют не так, как их сородичи. Они просто опускают рот в роду, открывают нижнюю челюсть, после чего делают глотательное движение. Конечно, в этом случае трудно избежать намокания шубки.

Иногда кошка начинает мочить лапку в миске с водой. После того как она намокнет, животное потихоньку слизывает с нее капельки. В таком случае зверек мало напивается, это скорее является для него развлечением. Иногда происходит схожая ситуация, когда хозяева оставляют стакан с недопитой водой.

Животное может исследовать содержимое стакана, опустив в него лапку и попробовав жидкость на вкус.

Также многие хозяева не раз наблюдали, как пьют кошки струю воды из-под крана. В этом случае процесс для животных становится чем-то наподобие игры. Зверек слизывает капли язычком, некоторые коты при этом умудряются засунуть весь язык в струю жидкости. Наблюдая за отдельными, особо игривыми котами, можно заметить, как те мочат голову под водой, после чего аккуратно слизывают капельки с мордочки.

Биомеханика кошки Автор: Осипова Ольга, 8 класс, МБОУ ООШ № 269ЗАТО АлександровскНаучный руководитель:М.В. Огнева,учитель физикиМБОУ ООШ № 269 ЗАТО Александровск

Цель работы: выяснить действие законов механики на кошку и создать «биомеханический паспорт» кошки Дуси. Задачи: изучить литературу по биомеханике и выяснить, как законы механики связаны с кошкой; изучить основы пазематологии; исследовать некоторые механические характеристики кошки; выявить основные общие закономерности биомеханики кошки и составить её «биомеханический паспорт». Гипотеза: Если исследовать виды механического движения и механические характеристики кошки, можно выяснить, какие законы механики проявляются в её жизни.

Измерение массы кошки Формула нахождения массы кошки:Вывод: таким образом, m кошки = 2,5 кг, причём 2,5кг*0,7≈1,75 кг в организме кошки составляет вода (≈70%). Измерение объёма кошки

Измерение силы тяги кошки Измерения проводились при помощи школьного демонстрационного динамометра. Вывод: Средняя сила тяги кошки 5,8 Н, что ≈ в 266 раз меньше силы тяги лошади (1540 Н). Наибольшая сила тяги наблюдалась в третьем опыте. Видимо, еда для неё является наиболее сильным раздражителем. Определение выигрыша в силе для лап кошки Вывод: 1)отношение плеч для передних лап приблизительно равно 17,5. Значит, в силе кошка проигрывает в 17,5 раза. 2) Отношение плеч для задних лап и выигрыш в силе для мышц ≈ 2,1.

Измерение механической мощности кошки Формула при подъеме по лестнице: Вывод: средняя мощность, развиваемая кошкой при подъеме по лестнице составила ≈ 16% от мощности движений кошки. Средняя мощность, развиваемая при беге на дистанцию 5м больше средней мощности, развиваемой кошкой при подъеме по лестнице на 18% и составляет ≈ 20% от мощности движений кошки. Измерение механической работы кошки Вывод: механическая работа при подъеме по лестнице, высотой 1,5 м ≈ в 11 раз больше, чем при прыжке через планку высотой 0,5 м.

Заключение В работе были исследованы теоретически биомеханика конечностей кошки и виды механического движения в жизни кошки. Практически исследованы механические характеристики кошки Дуси (масса, объём, плотность тела кошки, давление кошки на опору, средняя скорость, сила тяги, механическая работа и мощность кошки). Таким образом, получила подтверждение гипотеза о том, что законы механики проявляются в жизни кошки. Это позволило достичь цели работы и составить «биомеханический паспорт» нашей знакомой кошки Дуси.

Биомеханика кошачьей грации

В своей первой книге «Система «Умный позвоночник» я коротко рассказывал об опытах с кошкой. Давайте подробнее остановимся на этих интересных экспериментах. Если кто-то из вас не знает, что такое нервный рефлекс, то сейчас вы это легко поймете. Конечно, это не просто отдергивание ноги, когда врач упрямо стучит вас молоточком по колену, или непроизвольное зажмуривание при неожиданно ярком свете. Хотя это как раз примеры простейших рефлексов.

Любой рефлекс – это реакция на стимул, раздражение. Цепочка проста: стимул вызывает сигнал, который бежит по нерву в спинной мозг. Ответ – включается рабочий орган, например мышца. Нет стимула – нет работы органа. То есть сигнал отражается в нервной системе. Слово «рефлекс», reflex, так и переводится – отражение.

Схема рефлекторного ответа

Врожденные рефлексы не требуют обучения – пищу в рот положил – слюна потекла. Они безусловные. Широко известны опыты И. Павлова, прежде всего на собаках, изучавшего и более сложные рефлексы – условные. Они требуют обучения. Например, положил пищу в рот и включил красную лампочку – слюна вновь начала выделяться. После некоторого числа повторений слюна будет бежать уже просто при включенном красном свете, даже без пищи. То есть в рефлекс включились высшие отделы нервной системы – головной мозг. Другой бытовой пример сложного рефлекса – зарплату не получил, и настроение уже плохое, хотя жена еще и не завела обычную «песню» по этому поводу.

Вернемся к нашим опытам с кошкой. Введем еще одно понятие – мышечный тонус. Это не просто сок с известным названием. Тонус – это слабое напряжение мышц. Когда исследуют электрические сигналы от мышцы в состоянии покоя, то регистрируют редкие сокращения отдельных волокон. Рука не двигается, но даже в покое отдельные мышечные волокна изредка беспорядочно сокращаются. Это готовит мышцу к внезапному сокращению.

То есть, если нет определенного тонуса, мышца не может начать движение. Если мышечное напряжение растет – растет и тонус. Меняется поза, меняется и тонус. Одни мышцы расслабляются, другие сокращаются, но происходит это по команде. Кто является командиром? Конечно, голова!

Позиция головы кошки волшебным образом меняет позу всего туловища: наклон головы вниз – задние лапы выпрямятся, передние одновременно согнутся – кошка готова к прыжку вперед; подъем головы вверх – все наоборот: задние лапы сгибаются, передние выпрямились – кошка готова прыгнуть вверх. Повернем голову в сторону – с одной стороны лапы выпрямятся, с другой – сгибаются, поворот головы в противоположную сторону – лапы изменят свое положение на зеркальное. То есть положение головы и шеи является раздражителем, стимулом, который включает рефлекс изменения тонуса всех четырех лап животного. Рефлекс так и называется – позно-тонический.

Конечно, в реальной жизни и кошки, и человека все эти позно-тонические рефлексы обусловлены высшей нервной деятельностью – у кошки это, прежде всего, охота или размножение, у человека, – можно добавить два-три новых вида деятельности. И все же мы остаемся животными, когда речь идет об удержании равновесия. При этом в положении равновесия мы можем совершать множество разных дел.

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.

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.

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.

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 (имя кота), 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. Опираясь на данные съёмок, авторы работы составили математическую модель лакания. А чтобы обобщить её на всех кошек, учёные нашли на YouTube записи, на которых были запечатлены лакающие тигры, львы, леопарды, ягуары, гепарды и рыси. 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.

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.

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.

Остаётся понять, почему коты пришли к такому необычному способу поглощения жидкости. У Романа и его коллег имеется предположение: всё дело в некоторой нелюбви кошек к воде и их природному стремлению к чистоте. Кошачий способ лакания намного аккуратнее собачьего. Он позволяет в большей степени сохранить сухими чувствительные области вокруг носа и великолепные усы (вибриссы), помогающие хищнику ориентироваться в темноте.

Катта-Катта заодно помог исследователям обнаружить, что крошечные волоски на языке, которые, как когда-то предполагалось, помогают кошкам захватывать жидкость, не участвуют в процессе.

Оцените статью: