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。

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

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