Cum reușesc pisicile să aterizeze pe picioare pentru totdeauna? Acesta este un puzzle care ar trebui să fie ușor de rezolvat, dar fizicienilor le-a luat mult timp și mai sunt lucruri pe care le putem învăța despre acest fel cad pisicile.
Încercările de a explica științific această abilitate, cunoscută în mod obișnuit ca reflexul de redresare al pisicii, sunt aproape la fel de vechi ca și studiul fizicii în sine.
Primul care a publicat cercetări pe acest subiect a fost omul de știință francez Antoine Parent în anul 1700. Pentru contextualizare, Isaac Newton era încă în viață atunci și marea sa lucrare, Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica, fusese publicată doar de 13 ani.
Interesul suprem al părinților nu a fost doar să înțeleagă căderea pisicilor, el a vrut să investigheze modul în care obiectele mari și grele se mișcă și se rotesc pe măsură ce se scufundă într-o poziție echilibrată.
Ca o idee ulterioară, Parent a sugerat că, la fel cum un obiect greu s-ar putea răsturna peste partea grea în jos în apă din cauza ciocnirii gravitației și a unei forțe de plutire în sus, o pisică care căde liberă și-ar putea regla coloana vertebrală pentru a se întoarce, mișcându-vă centrul. de greutate peste centrul de flotabilitate.
Această idee este considerată greșită, deoarece flotabilitatea aerului este prea slabă pentru a afecta o pisică în timpul toamnei.
Cu toate acestea, această explicație și alte derivate au rămas obișnuite în cărțile cu pisici până la mijlocul secolului al XIX-lea.
Comunitatea fizicii, însă, găsise deja alte explicații. La începutul secolului al XIX-lea a existat o recunoaștere din ce în ce mai mare că anumite proprietăți fundamentale din natură sunt conservate în orice proces fizic.
Pentru mulți va suna ca despre conservarea energiei. Adică acea energie nu este creată sau distrusă, ci se transformă.
De exemplu, atunci când o mașină se mișcă, se datorează conversiei energiei chimice a combustibilului în mișcarea mecanică a roților. Când mașina se oprește din cauza acțiunii frânelor, mișcarea este transformată în energie termică datorită frecării.
S-a dovedit că acest fapt se păstrează în orice proces fizic. Pentru un singur obiect în mișcare, impulsul este produsul dintre masa și viteza, obiectele mai grele și mai rapide având mai mult impuls decât cele mai ușoare și mai lente.
O altă lege a conservării a fost recunoscută la mijlocul secolului al XIX-lea: principiul conservării mișcării unghiulare. O consecință imediată a acestei legi este observația că nu este posibil ca un obiect să înceapă să se rotească fără ca un alt obiect să se rotească în sens opus cu aceeași mărime cinetică.
Acest lucru este destul de ușor de apreciat. Dacă stai într-un scaun de birou cu roți și întorci corpul spre stânga, scaunul se rotește în sens opus spre dreapta.
Odată ce legea conservării energiei a fost recunoscută, fizicienii au stabilit curând că o pisică pur și simplu nu se poate întoarce în cădere liberă odată ce a început să coboare.
Consensul a fost că o pisică, pe măsură ce începe să cadă, trebuie să se împingă din priză pentru a crea o rotație inițială care o aterizează pe picioare.
Dar această explicație a fost răsturnată la 22 octombrie 1894 la Academia Franceză de Științe de către fiziologul Etienne-Jules Marey. Marey a prezentat o secvență nemaivăzută de fotografii cu o pisică în cădere, realizată cu viteză mare, arătând clar că pisica cade fără nicio rotație, dar reușește totuși să aterizeze în picioare.
Dezvăluirea fotografiilor a aruncat publicul în haos. Un membru al Academiei a declarat că Marey „le prezentase un paradox științific în contradicție directă cu cele mai elementare principii mecanice”.
Unde au greșit oamenii de știință? Aceștia cedaseră la zicala că „puțină cunoaștere este un lucru periculos”. Fizicienii, după ce au recunoscut recent conservarea momentului unghiular, și-au îndreptat atenția către studiul corpurilor rigide care se rotesc, cum ar fi o roată de bicicletă sau o planetă care se învârte.
Dar o pisică, ca multe dintre rudele ei, este departe de a fi un corp rigid. Pisicile se pot îndoi, răsuci și, în general, mișcă diferite părți ale corpului lor pentru a obține o rotație netă, fără nicio mișcare unghiulară.
Deci, cum aterizează ei în picioare?
Pentru a fi corect, fizicienii s-au grăbit să-și recunoască greșeala și au propus diverse mecanisme prin care o pisică poate fi capabilă să se îndrepte folosind diferite manipulări ale corpului său.
Cel mai important dintre aceste mecanisme a fost arătat de fiziologii olandezi G.G.J. Rademaker și J.W.G ter Braak câțiva ani mai târziu, în 1935.
La acea vreme, problema îndreptării pisicilor fusese abordată de cercetătorii creierului. Au vrut să înțeleagă ce părți ale sistemului nervos al pisicii controlează acest reflex.
Rademaker și Ter Braak au ajutat să răspundă la aceste întrebări, dar în acest proces au găsit explicațiile fizice nesatisfăcătoare, așa că au decis să-și construiască propria lor.
Și-au imaginat pisica ca fiind doi cilindri. Dacă pisica se îndoaie la talie, își poate răsuci cele două jumătăți ale corpului în direcții opuse, provocând anularea în mare măsură a momentului unghiular opus.
Când se îndoaie, corpul său se confruntă cu o direcție diferită, chiar dacă pisica nu are un moment unghiular fix când începe să cadă.
Această mișcare, cunoscută acum ca modelul „întorsătură și răsucire” al îndreptării unei pisici, este, fără îndoială, cea mai importantă manevră pe care o execută această felină în timpul îndreptării.
Dar investigațiile asupra fizicii din spatele acestui fenomen nu s-au încheiat aici. Rademaker și Ter Braak au prezentat doar cel mai simplu model de cric rotativ. Au surprins esența mișcării, dar nu toate detaliile.
Ce putem învăța de la pisicile care cad?
La sfârșitul anilor 1960, misterul a fost ridicat din nou pentru că NASA a vrut să-și învețe astronauții cum să se întoarcă în medii plutitoare.
De data aceasta, provocarea a fost preluată de inginerii de la Universitatea Stanford, care au folosit simulări pe computer pentru a perfecționa modelul fiziologilor. Cu toate acestea, nu este clar că astronauții au încercat vreodată să efectueze mișcarea de „pliere și răsucire” în spațiu.
Până în prezent, cercetările privind mișcarea pisicilor continuă într-un alt domeniu de studiu: robotica.
Inginerii au fost adesea inspirați de natură pentru a proiecta roboți mai buni. Căderea pisicii, în acest caz, nu avea să fie pentru mai puțin, deoarece reduce la minimum daunele fizice datorită executării căderii sale.
Au fost create mai multe pisici robotizate prototip, dar niciuna dintre ele nu a reușit să-și adapteze aterizarea pentru a ateriza în picioare din orice poziție de plecare.
Deci cum face pisica? Se pare că răspunsul este destul de complicat.
Deși „întorsătură” este cea mai importantă manevră, pisica folosește în mod clar diferite mișcări pentru a se întoarce în cel mai rapid și eficient mod.
Deși fizicienii caută adesea cea mai simplă soluție la o problemă, natura o caută pe cea mai eficientă, oricât de complicată.
Instinctul fizicienilor de a căuta soluții simple duce în continuare la discrepanțe.
Ca răspuns la o lucrare științifică recentă pe care am prezentat-o despre matematica reflexelor de cădere ale pisicilor, un recenzent a susținut că modelul „îndoire și răsucire” trebuie să fie greșit, deoarece a văzut un videoclip pe YouTube cu o pisică care cădea și nu arăta ca ea. mișcă-te așa.
Se știe că pisicile sunt păstrătoare de secrete, iar reflexul lor de redresare rămâne un mister pentru mulți oameni de știință până în prezent.
