狗狗甩乾身體的物理訣竅

■ 大家一定都有被濕答答的狗兒甩水噴得一身的經驗,現在,狗狗甩水的本事,可以應用在洗衣機的技術上。鬆垮垮的皮膚跟甩頭時的加速度,都有幫助。

William Doran@flickr
「呼啊!看我一次甩乾!」

編譯∣ 汪芃

狗和其他動物身體弄濕後,把水甩乾的方法極其精準有效;一份新出爐的研究報告指出,這點設計洗衣機的人已經注意到了。這是學界首度探討動物甩乾身體所蘊含的物理學。

這份研究的成果,除了可用以設計更精良的洗衣機,也有助改良各式烘乾機、上漆設備、旋轉塗佈機及其他機器。

「這說來頗不可思議,但洗衣機為什麼可以把衣服洗得這麼乾淨,其實我們還不了解,」這個研究的共同主持人胡立德(David Hu)表示,「描述洗衣機裡流體運動的方程式實在太複雜了,很難解得出來。在這個研究裡,我們決定要以自然為師,問問大自然:『怎樣才能迅速有效把衣服弄乾?』」

胡立德和研究團隊為了找出答案,利用了高速攝影及X射線攝影技術,仔細觀察有毛的哺乳動物把身上的水甩乾時,身體內外部各會有什麼現象。

研究人員發現,哺乳類動物的甩水動作都從頭部開始,能量波以頭為基準點,擴散到身體其他部位;且頭部扭動幅度愈大,振幅波就愈大。

一旦動物開始甩水,「甩動時,頭部、身體和皮膚都會一起動,」研究主持人狄克森(Andrew Dickerson)說。狄克森是美國喬治亞理工學院(Georgia Institute of Technology)機械工程學院機械工程學院(School of Mechanical Engineering)的研究人員。

「牠們甩動時,雖然身體甩的頻率和皮膚一樣,但沒辦法像皮膚那麼大幅度扭轉,」狄克森補充,「因此皮膚在身體外圍劇烈扭動,甩動的程度比身體和頭部都要大。」

毛多的動物,通常皮膚也長得特別鬆弛;因此這些動物只要一改變動作方向,毛皮就會四處甩動,加速度會因此增加。狄克森說,這樣的動作,力道可比揮動鞭子。

體型越小 轉速越快

The Knowles Gallery@flickr
「就跟旋轉木馬道理類似。」

狄克森和研究團隊發現,若動物體型小,甩動身體的速度就要比大型動物快;小型哺乳類動物甩身體產生的加速度,最大可達20g。動物扭動的頻率,甚至可能不是牠們自己有意識決定的,而是依神經和肌肉動力有所不同。

「小型動物甩動身體的速度要快,因為牠們擺動的半徑較短,如果甩動的頻率和大型動物一樣,就沒辦法產生足夠加速度,把毛皮吸附的水甩掉。」狄克森解釋。

「這跟玩旋轉木馬的原理很類似,」狄克森補充道,「如果你坐在中間,身體不會受到什麼力;但如果你愈往外移,就愈能感覺到有一股作用力把你往外拉。」

即便是體型較大的哺乳類動物,例如熊和大型犬類等,甩動身體的頻率也不低於4赫茲,都比研究人員預估的快。

防水一把罩

而毛皮最能防水的哺乳動物,如海狸、麝鼠、水獺等,身上的毛都生得細而濃密,把水隔絕在皮膚外面,同時還可抓住空氣,這些動物游泳時,就能形成絕佳的防護罩。

研究人員進一步認為,這些動物直而油、尾端呈尖狀的毛髮,是完美的防水構造。有特殊的毛皮構造和甩水動作都非常重要,因為對動物而言,在野外能否快速把身體甩乾,是生死存亡的關鍵;哺乳類動物要保持身體乾燥,體溫才能正常調節。

喬治亞理工學院應用生理學學院(School of Applied Physiology)副教授張永輝(Young-Hui Chang,音譯)說:「許多哺乳類動物都有把水甩掉的能力,而這個能力竟然符合一個相當直覺的物理模型,更令人玩味。」

根據這個物理模型,動物甩水時,某種程度上,形成的向心力(一種朝中心聚攏的作用力)和表面張力會成固定比例。

張永輝下了個結論:「以科學的角度來看,這其中最大的樂趣,莫過於找出所有還沒有釐清的細節,把整個理論拼湊完整。」

 

原文出處:The Wet-Dog Shake(Andrew Dickerson, Grant Mills, Jay Bauman, Young-Hui Chang, David Hu)

附錄影片:甩水有方!

責任編輯:MissZoe

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One thought on “狗狗甩乾身體的物理訣竅

  • 2011 年 09 月 17 日 at 19:10:44
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    謝謝分享

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