Як коти завжди приземляються на лапи: вчені розгадали таємницю

Здатність котів приземлятися на лапи вже понад століття цікавить фізиків. Вчені використовували котів для розробки рівнянь про рух, обертання та збереження кутового моменту. Ця давня загадка породила не лише жарти, а й рівняння та механічні моделі. Проте нове дослідження під керівництвом Ясуо Хіґураші з Університету Ямаґуті пропонує інший підхід. Замість того, щоб розглядати кота як абстрактний фізичний об'єкт, дослідники вивчили саму тварину, зокрема її хребет.

Науковці виявили, що хребет кота не однаково гнучкий від передньої до задньої частини. Грудний відділ, який проходить через верхню та середню частину спини, обертається набагато легше. Поперековий відділ у нижній частині спини значно жорсткіший. Цей контраст може пояснити, як кіт під час падіння спочатку розвертає передню половину тіла, а задня слідує за нею, наче причіп, що вирівнюється.

Команда дослідила хребетні стовпи п'яти котів, які були передані для патологоанатомічного розтину. Вони відокремили грудний та поперековий відділи, зберігаючи навколишні м'які тканини, включно зі зв'язками та міжхребцевими дисками. Потім за допомогою машини для випробування навантаженням вони скручували кожен відділ та вимірювали, яка сила потрібна для їх обертання. Різниця виявилася разючою.

Грудний відділ хребта мав велику нейтральну зону, де він міг обертатися майже без опору. У тестах ця зона сягала близько 47 градусів. Після цього опір зростав, і зразки грудного відділу руйнувалися приблизно при 171 градусі скручування. Поперековий відділ поводився зовсім інакше. У нього майже не було нейтральної зони. Він чинив опір скручуванню майже відразу та досягав межі приблизно при 57 градусах. Простіше кажучи, верхня частина спини кота гнучка та легко обертається, тоді як нижня частина жорстка та стабілізує.

Це узгоджується з тим, що дослідники спостерігали на високошвидкісних відео котів, які обертаються під час падіння. Хіґураші та колеги скинули двох живих котів з висоти близько одного метра на м'яку подушку та помітили, що передня половина завершує обертання набагато швидше за задню.

Кіт робить приблизно таке: спочатку голова та передня частина тулуба повертаються до позиції приземлення. Грудний відділ хребта дозволяє цей ранній поворот. Потім задня частина тіла обертається у вирівняне положення. Жорсткіший поперековий відділ забезпечує певну стабільність, щоб запобігти неконтрольованому скручуванню всієї тварини.

Старе завдання про падіння кота дратувало та захоплювало фізиків протягом поколінь. У 1894 році французький фізіолог Етьєн-Жуль Маре використав високошвидкісну фотографію, щоб показати, що кіт може почати падіння догори дриґом без очевидного початкового обертання і все одно приземлитися на лапи. На перший погляд цей трюк виглядає підозріло. Об'єкт у повітрі не має від чого відштовхнутися. Якщо він починає без обертання, як він може перевернутися?

Відповідь у тому, що кіт не є твердим об'єктом. Він може змінювати форму, підтягувати деякі кінцівки, витягувати інші, згинатися посередині та скручувати один сегмент тіла відносно іншого. Ці внутрішні рухи дозволяють тварині переорієнтуватися, дотримуючись закону збереження кутового моменту.