211service.com
De fysica van hoe katten drinken
Ongeveer vier jaar geleden keek Roman Stocker toe hoe zijn kat, Cutta Cutta, uit zijn kom dronk. En Stocker, een ingenieur die de biofysica van oceaanmicroben bestudeert, vroeg zich af door welke fysieke krachten de kat kon lappen. Dus werkten hij samen met Pedro Reis, een collega van de afdeling Civiele en Milieutechniek, met Sunghwan Jungo , SM '95, PhD '07, en Jeffrey Aristoff '04, PhD '09, die toen aan het MIT waren, om video's te maken en te bestuderen van huiskatten en grote katten terwijl ze dronken. Hun onderzoek, gepubliceerd in Wetenschap , ontdekte dat katten van elke omvang profiteren van een perfecte balans tussen twee fysieke krachten.
De onderzoekers zagen dat wanneer een kat drinkt, hij zijn tong recht naar beneden uitstrekt in de richting van de kom met de punt naar achteren gekruld, zodat de bovenkant van de tong het eerst de vloeistof raakt. Later kwamen ze erachter dat de film van Harold Doc Edgerton uit 1940 van een kat die melk likte, hetzelfde fenomeen vertoonde. Maar de nieuwe video's gingen verder en onthulden dat het topje van de tong de . is alleen oppervlak om de vloeistof aan te raken. Katten, in tegenstelling tot honden, dopen hun tong er niet in als pollepels. De gladde punt raakt het oppervlak nauwelijks of de kat trekt zijn tong weer omhoog. Terwijl het dit doet, vormt zich een vloeistofkolom tussen de bewegende tong en het vloeistofoppervlak. De kat sluit dan zijn mond, knijpt de bovenkant van de kolom af en houdt zijn kin droog.
Wanneer de tong van de kat het vloeistofoppervlak raakt, blijft een deel van de vloeistof eraan plakken, net zoals water zich aan een menselijke handpalm hecht wanneer het het oppervlak van een zwembad raakt. Maar de kat trekt zijn tong zo snel weer omhoog dat een fractie van een seconde traagheid de zwaartekracht overwint, die de vloeistof terug naar de kom trekt. De kat weet instinctief wanneer dit delicate evenwicht zal veranderen; het sluit zijn mond op het moment dat de zwaartekracht de bewegende vloeistof ervan weerhoudt de tong te volgen. Als de kat aarzelde, zou de kolom breken, de vloeistof zou terugvallen in de kom en de tong zou leeg naar boven komen.
De onderzoekers analyseerden high-speed digitale video van huiskatten zoals Cutta Cutta (bekijk het hierboven of op www.technologyreview.com/cat-drink), evenals leeuwen, een tijger en een jaguar. Door de video's te vertragen, bepaalden de onderzoekers de snelheid van de tongbeweging en de frequentie van het leppen. Omdat ze de grootte en snelheid van de tong kenden, ontwikkelden ze een wiskundig model van leppen, waarbij de verhouding tussen zwaartekracht en traagheid betrokken is. Voor katten van alle groottes is dat aantal bijna precies één, wat wijst op een perfecte balans. Huiskatten maken gemiddeld vier ronden per seconde, maar grote katten, met grotere tongen, lappen langzamer om hetzelfde resultaat te bereiken.
Om de subtiele dynamiek van kabbelen beter te begrijpen, hebben de onderzoekers ook een robotversie gemaakt van de tong van een kat die op en neer beweegt over een schaal met water. Het model stelde hen in staat om systematisch verschillende aspecten van leppen te onderzoeken en uiteindelijk de mechanismen te identificeren die aan het werk zijn.