Рубрики

/ / Почему кошки всегда приземляются на лапы? Вот что думают на этот счет учёные

Почему кошки всегда приземляются на лапы? Вот что думают на этот счет учёные

06 Января 2021

Просмотров за сутки 4155
Изображение к посту «Почему кошки всегда приземляются на лапы? Вот что думают на этот счет учёные»

Способность кошек всегда падать на лапы всегда вызывала у людей любопытство. В попытках объяснить эту загадку физики и физиологи строили концепции и модели, которые помогали им попутно решать другие научные задачи. До сих пор до конца не понятно, как именно кошки переворачиваются в воздухе без точки опоры, но у учёных есть несколько теорий. Они последовательно изложены в книге «Загадка падающей кошки», давайте рассмотрим их поближе.

«Падающая фигуристка»

Французский математик XVII-XVIII веков Антуан Паран, а вслед за ним Джеймс Клерк Максвелл считали, что кошка, которая в момент падения уже вращается, может изменять скорость своего вращения, подтягивая или вытягивая во всю длину лапы, из-за чего меняется её общий момент инерции. Объяснение подробно записал уже Уильям Гордон Стейблс.


«В начале падения с высоты внизу находится спина кошки, выгнутая полукругом. Природный инстинкт побуждает её, после того как она пролетела один-два фута, внезапно сократить мускулы спины и вытянуть лапы; теперь уже живот её выгибается, а спина становится вогнутой, что меняет центр тяжести и переворачивает тело; после этого кошке, чтобы приземлиться на лапы, остается только удерживать себя в этом положении».


Почему кошки всегда приземляются на лапы? Вот что думают на этот счет учёные

Это объяснение не похоже на правду: кошка в свободном падении ни к чему не прикреплена, а значит, перемена положения её тела никак не влияет на его устойчивость. Кроме того, учёные не могли по-настоящему заметить все движения животного, потому что кошки переворачиваются слишком быстро. Но вскоре на помощь людям пришла фотография.

«Подожмись и поворачивайся»

Медик и фотограф Этьен-Жюль Марей зафиксировать все этапы падения кошки на фотографиях. Увидев эти фото, французская Академия не поверила своим глазам. Как кошка может перевернуть себя на пол-оборота без точки опоры? Может быть, она отталкивалась от подоконника или руки, которая её роняет? Но нет, фотографии Марея ясно показали, что переворот начинается только тогда, когда кошка уже находится в свободном полете и не имеет рядом никаких объектов, от которых она могла бы оттолкнуться.

Почему кошки всегда приземляются на лапы? Вот что думают на этот счет учёные

Математик Эмиль Гийю предложил такую модель происходящего: кошка при помощи своих передних и задних лап управляет моментом инерции передней и задней частей тела. Сначала вытягивает задние лапы и подбирает передние (и вот верхняя часть уже правильно сориентирована), затем подбирает задные лапы, вытягивает передние и «докручивает» нижнуюю часть до правильной ориентации, при этом не поворачивая верхнюю, которая уже находится в правильной позиции.

Так Марей открыл, что кошки и любые нежесткие тела могут менять свою ориентацию в пространстве без необходимости в изменении момента импульса, и этому открытию суждено было повлиять на многие области науки.

«Хвост-пропеллер»

Математик Джузеппе Пеано предположил другой механизм: кошка закручивает свое тело, вращая хвостом, как пропеллером. Провернувшись на желаемый угол, кошка останавливает хвост, а тем самым и собственное вращательное движение, спасая одновременно суть и принцип площадей. Хвост кошки, однако, весит намного меньше, чем она сама, и это значит, что хвост должен будет сделать не один оборот, чтобы перевернуть тело целиком.

Почему кошки всегда приземляются на лапы? Вот что думают на этот счет учёные

Однако почти столетие спустя, в 1989 г., Дж. Э. Фредериксон экспериментально продемонстрировал, что бесхвостая кошка прекрасно умеет переворачиваться, хотя кошки, у которых хвосты имеются, действительно используют их, чтобы помочь процессу.

Сложный рефлекс

Не менее важным был вопрос о том, как мозг животного управляет мышцами тела, чтобы перевернуть кошку правильно. В 1916 году Льюис Вид из Университета Джона Хопкинса и его коллега Генри Мюллер провели первое исследование кошачьего рефлекса с точки зрения нейробиологии. Их интересовали не конкретные движения кошки, а то, как нервная система инициирует эти движения.

Вид «выключил» из процесса большие полушария кошки — и увидел, что кошка, лишенная больших полушарий, не проявляет рефлекса переворачивания. Это позволило предположить, что для переворачивания в воздухе необходимо сознание. Кроме того, Мюллер и Вид попытались разобраться в том, как кошка определяет, в какую сторону необходимо повернуться, чтобы приземлиться на лапы. Они выяснили, что кошка с завязанными глазами способна перевернуться и приземлиться в правильном положении, может это сделать и кошка с поврежденным вестибулярным аппаратом, но действующим зрением. А вот если завязать кошке глаза и при этом повредить ее вестибулярный аппарат — кошка не будет даже пытаться перевернуться. Значит, рефлекс переворачивания опирается либо на зрение, либо на чувство равновесия.

«Сложись и крутись»

Немецкий исследователь Рудольф Магнус предположил, что кошачий переворот управляется набором рефлексов ориентации, которые запускаются поворотом головы. А начать поворот кошку заставляет ускорение лабиринта — области расположения вестибулярной системы.

Ученик Магнуса Радемакер выяснил, однако, что кошка переворачивается в правильное положение и приземляется на лапы вне зависимости от того, в каком положении находилась изначально ее голова. В 1935 году он предложил еще одну реалистичную модель того, что происходит с кошкой в падении. Сложившись в поясе, кошка может вращать две секции своего тела в противоположных направлениях, благодаря чему их моменты импульса компенсируются.

Почему кошки всегда приземляются на лапы? Вот что думают на этот счет учёные

Оставался вопрос: откуда кошка узнает, где находится верх, когда начинает падать? В свободном падении кошка не испытывает на себе действия какой-либо силы, которую ее вестибулярный аппарат мог бы использовать для ориентации. Зрение ни при чем: у кошка с завязанными глазами тоже переворачивается.

Кошки в космосе

В 1950-60 годах в ходе экспериментов по подготовке запуска животных и человека в космос велось изучение поведения кошек в невесомости. Выяснилось, что в невесомости кошки не переворачиваются, так как там нет гравитации. По возвращении в поле силы тяжести кошка может перевернуться, если провела в невесомости не более пяти секунд. В ином случае доля успешных переворачиваний падала.

Томас Кейн, профессор инженерной математики Стэнфордского университета, применил свои математические методы и к задаче о падающей кошки. Он создал самую точную на сегодняшний день модель, в которой сочетаются гипотезы Радемакера и Марея. Изучение движения кошки использовали, чтобы научить астронавтов эффективно менять положение тела в невесомости.

Почему кошки всегда приземляются на лапы? Вот что думают на этот счет учёные

С тридцать второго этажа

Но вот еще одна интересная проблема: оказывается, кошки не просто падают невредимыми с высоты — при падении с действительно больших высот они выживают даже чаще. Кошки падали с 19 и даже 32 этажа, иногда получая только мелкие травмы. Ветеринарам стало интересно, почему так происходит. Они предположили, что кошка, пока не достигнет стабильной скорости (примерно 100 км/ч, так как ее тело невелико), испытывает ускорение и рефлексивно вытягивает лапы, делая их более уязвимыми.

Но когда постоянная скорость достигнута, вестибулярный аппарат перестает возбуждаться, кошка расслабляется и переводит лапы в горизонтальное положение, планируя, как белка-летяга. Кроме того, она выгибает спину, и воздух собирается у нее под животом, порождая парашютный эффект, который снижает скорость. В результате сила удара более равномерно распределяется по телу.

Итог: все кошки делают это по-разному!

Почему вопрос о переворачивании кошки такой сложный? Люди склонны искать «единую причину» происходящего, а задача природы совсем другая: ей нужно не самое простое, а самое эффективное решение. Такое наилучшее решение может включать в себя несколько вариантов поведения или несколько движений, соединенных между собой. Кошка не обязана выбирать один-единственный метод переворачивания, но может использовать все доступные ей способы, чтобы оптимизировать результат. Вот почему разные кошки делают это немного по-разному — в зависимости от размера, телосложения, состояния, наличия хвоста и других факторов.

Грегори Гбур

Загадка падающей кошки

«и фундаментальная физика»

В своей увлекательной и остроумной книге физик и заядлый кошатник Грегори Гбур показывает, как попытки понять механику падения кошек помогли разобраться в самых разных задачах в математике, физике, физиологии, неврологии и космической биологии, способствовали развитию фотографии и кинематографа и оказали влияние даже на робототехнику.


Читайте также:

Читайте также

Получать самые интересные статьи

Подпишитесь на рассылку «Альпина.Медиа»

Книги на эту тему

Комментарии для сайта Cackle
 

Авторизация

или


Ваша корзина пуста
Нажмите здесь, чтобы продолжить покупки
Корзина