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!