29 октября 1894 года 32 фотографии падающей кошки

Этот день в истории:

Почему кошки всегда приземляются на лапы?

Кошки выполняют так называемый "рефлекс восстановления". Кошка ловко использует физические силы, чтобы повернуть свое тело и избежать травм при свободном падении. Как это удается кошке, и сможете ли вы сделать то же самое?

Кошки невероятно проворны и гибки. Они могут протискиваться в узкие места и прыгать на, казалось бы, невозможную высоту. И при этом они выходят невредимыми из таких рискованных попыток, всегда приземляясь на четыре лапы. 

Но как им это удается? И являются ли кошки единственными животными, обладающими такой способностью противостоять смерти?

Эксперимент Маре с падающей кошкой

Ученые 19 века были озадачены способностью некоторых животных изменять ориентацию своего тела при падении, например, известным феноменом кошек.

Этьен-Жюль Маре был одним из таких ученых. В 1894 году Марей попытался понять динамику падения кошки, подбросив ее вверх ногами и сделав серию снимков с помощью хронофотографии. Хронофотография — это метод запечатления серии фаз движения.

С помощью этой техники фотографии он запечатлел последовательные фазы падающего движения кошки и опубликовал их в журнале Nature.

   

Фотография падающей кошки, сделанная Этьеном Жюлем Маре, 1894 год

   

Ранее некоторые считали, что кошки отталкиваются от рук падающего человека, чтобы перевернуть свое тело, но фотографии Маре свидетельствуют об обратном. Кошка не демонстрирует вращения в начале падения, но вместо этого переворачивается в середине свободного падения. Это означает, что кошка приобретает угловой момент во время свободного падения...

Но это противоречит законам физики!

Согласно закону движения Ньютона, ни один объект не может изменить свое движение, если на него не действует внешняя сила, так как же кошки могут бросить вызов физике?

Как кошки поворачивают свое тело во время падения?

В начале падения кошка находится вверх ногами, ее четыре лапы направлены в небо, а спина обращена к земле. Единственная сила, действующая на кошку, — это сила гравитации, которая направлена вертикально.

Чтобы повернуть свое тело, кошке необходима внешняя сила, действующая в другом направлении, чтобы она могла перевернуть свое тело и направить лапы к земле. Поскольку во время падения кошка парит в воздухе, такой внешней силы, которая помогла бы ей перевернуться, не существует. Вместо этого кошка помогает себе сама, скручивая мышцы своего тела для вращения.

Рефлекс восстановления

Чтобы защитить тело и избежать травм при свободном падении, некоторые животные переворачиваются в воздухе, чтобы благополучно приземлиться на ноги. Способность животных переориентировать свое тело во время падения известна как рефлекс восстановления. Этот воздушный рефлекс восстановления был зарегистрирован у многих млекопитающих, включая кошек, морских свинок, кроликов, крыс и приматов.

Кошки и гекконы переориентируют свое тело благодаря сохранению углового момента.

На снимках Маре видно, что кошка выгибает спину, когда начинает падать. Это эффективно разбивает тело кошки на две разные части. Чтобы понять проблему падающей кошки, мы должны рассматривать верхнюю и заднюю части тела кошки как два жестких цилиндра с разными осями вращения.

   

В самом начале кошка выгибает спину, образуя, по сути, два разных сегмента тела — верхнюю и нижнюю половины, которые имеют разные оси вращения

   

Кошка начинает поворачивать голову в сторону камеры с вытянутыми задними лапами, одновременно втягивая передние лапы. Возможно, вы видели, как фигуристы втягивают руки во время вращения. Втягивая руки внутрь, они увеличивают свою угловую скорость, что помогает им вращаться быстрее. Кошки применяют тот же принцип при падении.

Когда передняя часть тела кошки поворачивается на 180° вокруг талии, задняя часть тела поворачивается в противоположном направлении примерно на -5°, чтобы предотвратить изменение общего углового момента. Таким образом, результирующий угловой момент равен нулю, поскольку противоположное вращение двух отдельных частей кошки уравновешивает друг друга.

   

Сначала кошка поворачивает переднюю половину тела, сокращая передние лапы, а затем выравнивает заднюю часть, сокращая задние лапы и поворачивая тело так, чтобы в итоге оказаться лицом к земле

   

Когда голова и передние лапы оказываются на земле, кошка вытягивает передние лапы, одновременно сокращая задние. Это позволяет задним лапам догнать передние. Таким образом, меняя направление движения, кошка может повернуть заднюю часть и выровнять ее с передней.

Когда все четыре лапы кошки обращены к земле, она может совершить безопасную и удобную посадку.

К сожалению, мы, люди, не наделены этой удивительной суперспособностью. Тем не менее у людей есть разновидность рефлекса вправления, называемая постуральным рефлексом выравнивания. К ним относятся зрительный правый рефлекс, лабиринтный правый рефлекс и шейный правый рефлекс, и это лишь некоторые из них. Эти рефлексы, возможно, не спасут нам жизнь при падении, но они определенно помогают нам сохранять правильную ориентацию тела и осанку.

Однако рефлекс вправления у кошек не делает их невосприимчивыми к серьезным опасностям, связанным с падением со значительной высоты. Согласно исследованию, 96,5% кошек выжили после падения с высоты. Однако, несмотря на то, что они пережили падение, многие кошки страдали от различных переломов костей и необратимых изменений физического здоровья. Это говорит о том, что, несмотря на способность быстро вставать на ноги, кошки не всегда выходят невредимыми после падения!