Почему кошки всегда приземляются на лапы в нарушение законов физики

Существование кошек, способных пережить падение с любой высоты, долгое время вызывало у физиков недоумение. Возможность выживания после падения с 32-го этажа квартиры в Нью-Йорке, о котором сообщили СМИ в 2018 году, только подкрепила эту предположительную способность кошек. Четвероногие друзья, несмотря на легкий коллапс и сломанные зубы, возвращались домой после лечения у ветеринара, и это привело к возникновению поговорки о семи жизнях кошек. Исследователи различных областей науки на протяжении десятилетий пытались разгадать эту удивительную способность выживания.

Однако не само падение с больших высот вызывало интерес исследователей физики в конце 19 века. Большое внимание привлекли кадры, на которых кошки, падая, могли поворачиваться в воздухе и приземляться на лапы. Фотографии изображали человека, держащего кошку за ноги так, чтобы ее спина была обращена к земле, и затем отпускающего ее. Вначале кошка продолжала падать, оставаясь спиной к земле, но затем происходило что-то, что противоречило законам физики: животное поворачивалось и приземлялось на лапы.

Наблюдениями из повседневной жизни давно было известно, что кошки могут вращаться в воздухе, но предполагалось, что они получают необходимый импульс от поверхности, с которой падают. Закон сохранения углового момента гласит, что объект, не вращающийся, не может внезапно начать вращаться без внешнего воздействия. Однако на фотографиях было видно, что кошка вначале просто падает, а затем вращается вокруг своей оси. Как это возможно?

Долгое время это явление оставалось загадкой для ученых, включая Джеймса Клерка Максвелла, известного своими открытиями в области электродинамики. Он провел несколько экспериментов, сбрасывая кошек с разных высот на кровати, столы и из окон. Однако только в 1969 году "проблема падающих кошек" была разрешена. Оказалось, что тело падающей кошки не было достаточно тщательно изучено. Оно не просто представляет собой цилиндрическую форму, которая начинает вращаться сама по себе. Если обратить внимание, можно увидеть, что верхняя и нижняя части тела вращаются в противоположных направлениях, что позволяет сохранять угловой момент. Изменение углового момента при вращении в двух разных направлениях компенсируется и остается равным нулю.

Таким образом, кошки используют законы классической механики, чтобы обмануть законы гравитации и приземляться на лапы. Прижимая передние лапы к телу, кошка уменьшает момент инерции и быстро вращается вокруг своей оси, как фигуристка. Затем, используя задние лапы, она создает противоположное движение, вытягивая ноги и увеличивая момент инерции до максимального значения. Такая комбинация движений позволяет кошке поворачиваться на большой угол, в то время как лапы поворачиваются на более маленький угол. Гибкий позвоночник кошек позволяет им выполнять такие движения. Когда верхняя часть тела оказывается в правильном положении, кошка может вытянуть передние лапы, подтянуть задние и совершить обратное вращение, чтобы их позиция выровнялась с землей. Таким образом, кошкам всегда удается приземлиться на лапы, соблюдая все физические законы.

Источник: ScienceXXI.com