科學狗生

2021-02-08 中科院半導體所

看過很多電影講述了許許多多狗子和主人之間感人的小故事,也在前不久被剛萌剛萌的「創可貼」警犬感動過。但是你知道嗎?來自汪星的它,還有一身科學細胞呢。

它是書中和物理學家查德·奧澤爾(Chad Orzel)一起探討深奧的量子力學的艾美,也是能和生理學家巴浦洛夫(Иван Петрович Павлов)揭開條件反射的秘密的奉獻家。

其實,日常生活中的狗子也是一個科學達人(更正:達狗)呢

當人類洗完澡,會借用毛巾來擦乾身體和頭髮,但是手指短而粗的狗子,該如何拯救「洗完澡」後瑟瑟發抖的自己呢?

用身體熱量來加熱空氣並且蒸發水分?「人類怎麼會這樣想?多傻!吃多少狗糧才能補充這些被損耗的熱量?!!」所以,汪星人選擇了另外一種方式——甩幹自己。

狗子自我甩幹時,會從頭部開始啟動。你有木有發現,狗子甩幹時,似乎一位靈魂舞者,它的皮層似乎已經超脫了它的軀體。

其實,這個甩水動作沒那麼簡單。它變形的面部肌肉和亂飛的毛髮,不僅展現出了它們憨厚有趣的一面,而且也展現出了狗子超人的小」智慧「。

狗子是熟知慣性原理流體力學的,根據慣性原理,狗子頭部扭轉幅度越大,從它的身體到皮層、再到毛層,振幅也越大。這樣,狗子甩水的能力也越來越強。而且,狗子甩水的動作也按照特定的頻率,狗子根據自身體型特徵,選擇了每秒甩動5下。動物的搖擺頻率和其體型呈反比,體型越大,搖擺頻率越小。是的,小老鼠每秒能擺動29次之多。

圖片來源:Getty

科學家從狗子的這個行為中總結出「溼狗搖擺定律」。根據這個定律,可以幫助人類改進洗衣機的設計,甚至是半導體、材料等行業領域常用的甩膠機。

遊泳是一門基於物理學的高深技術,它涉及物理學中的諸多力學知識。而且,狗子是天生的遊泳高手,所以人類還模仿狗子遊泳動作發明了一種泳姿——狗刨。

(也許這就是狗子總是「溼身」,然後開展「甩幹大法」的原因~)

根據阿基米德原理,浸入靜止流體中的物體受到一個浮力,其大小等於該物體所排開的流體重量。所以,流體的密度等特性,都能影響其所產生的浮力。一般在水中遊泳時,人或狗子(以下主要描述狗子),都會收到多個力的作用,這其中包括浮力重力、來自水與遊泳前進方向相反的阻力(包括水產生的正面阻力、水與遊泳者間的摩擦力、水填充遊泳者身後產生的空隙時產生的漩渦阻力)以及遊泳者自身產生的向前的推動力。

來自水的阻力與狗子四肢擺動所獲得的向前的推動力方向相反,二者決定遊泳的速度。來自水的向上的浮力和地球給狗子向下的重力的平衡,可以讓狗子漂浮在水面上。所以,狗子天生能漂浮在水面上,應該是狗子已經了解了水的特性,並對自己身體排開水的量有足夠的自信。

狗刨要求頭要一直向上,保持在水面上,這樣的泳姿也讓遊泳者在遊泳時能更方便的呼吸,不容易嗆水。可是,這種方式真的太難了(脖子好累,相寧怎麼都學不會系列之一)~

這感覺,人不如狗······

其實,狗子不僅是物理學達人(再次更正:達🐶),還是生物學天才呢。

首先,狗子以嗅覺靈敏著稱,在汪星人的小腦袋上啊,它的鼻腔內嗅覺細胞的數量是人類的數倍,科學家研究多年,至今沒有製造出能夠與之媲美的傳感器。

根據科學研究,狗的耳朵不僅比人靈敏,而且能聽到的聲音的頻率範圍也比人寬。人的聽覺範圍在20赫茲到20000赫茲之間,而狗的聽覺範圍介於15至50000赫茲。

狗子的眼睛圓溜溜的,很可愛······嗯嗯,具有夜視能力,這是因為貓、狗等動物強大的視神經細胞。據美國威斯康辛大學的研究,狗狗的夜視力是人類的5倍。

這一方面是由於狗狗的瞳孔大,在黑暗環境中能接收更多的光線。另一方面狗狗視網膜中影響光量接收的杆狀細胞(rods)也比人類多,能捕捉到暗光。雖然,狗子的夜視能力比喵星人的稍遜一籌,但是也無法阻擋狗子成為黑暗中正義的化身。

這樣看來,汪星人還真是一個小機靈鬼呦。

說真的,狗子真的是物理天才,相寧有電影為證——《天才眼睛狗》,哈哈哈

但是,它們的IQ相當於兩歲的人類小朋友,所以,真的是2歲的狗子,簡稱——「二狗子」。而且,據說這樣的智商也是有能力學會 150 個以上的詞彙和肢體動作的哦。

PS:不要直接把您的狗子丟進水裡,危險!

雖然它會遊泳,

但是可能一時想不起來~

參考文獻:

[1]Andrew Dickerson.Fluid dynamics:see spot shaking his coat dry[J].Wired,2006.

參考網址:

https://www.wired.com/2011/06/st_animalshakes/。

[2]郭鵬飛.遊泳運動中的物理知識原理探究[J].中學物理教學參考,2018,47(04):72-73.

[3]姜微.基於物理視角看影響遊泳速度的因素分析[J].中學物理教學參考,2017,46(12):85-86.

[4]張夢然. 一神經迴路關乎哺乳動物夜視能力[N]. 科技日報,2016-04-09(002).

[5]為什麼有些動物是「夜視眼」[J].新農業,1998(12):17.

編輯:XX

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