ВСЛУХ

Падающие кошки и фундаментальная физика

Падающие кошки и фундаментальная физика
Когда кошки падают, они всегда поворачиваются правой стороной вверх. Это, казалось бы, простое и незамысловатое действие, на вид совершаемое без всяких усилий, многие десятилетия ставило в тупик физиков всех стран. Получалось, что наши усатые-полосатые бросают вызов всем законам физики, перенастраиваясь в воздухе без вмешательства какой-либо другой силы. Так как же они это делают?


Сразу в обе стороны


Но если подойти совсем научно к вопросу о приземлении кошек на четыре лапы, то в игру вступают сразу две основных силы природы: фундаментальная физика и неврология позвоночных.

Чтобы всегда приземляться на четыре лапы, кошка должна сохранять определенный угловой момент. Для этого ей надо вращаться. Но каким образом это происходит, ученые долго не понимали

— Грег Гбур, физик, Университет Северной Каролины (США).

Чтобы наглядно представить, как кошка это делает, Гбур советует вообразить животное, которое падает из неподвижного перевернутого положения. То есть когда лапки кверху. Так вот, падая, кошка разворачивается одновременно по двум направления: половина тела по часовой стрелке, другая — против часовой. И развернувшись в талии, наша Мурка (или Мурзик), оказывается правой стороной кверху.

Грег Гбур назвал такое поведение «моделью изгиба и скручивания» и описал его в своей замечательной книги «Падающие кошки и фундаментальная физика» (Издательство Йельского университета, 2019).

Падающие кошки и фундаментальная физикаДвижения оттачивались миллионы лет эволюции


Трюков больше, чем у шулера


Впрочем, кошки не так просты, чтобы использовать только одну технику. К примеру, в арсенале любимцев Леонардо да Винчи есть метод под название «подтяни и повернись». Выполняя его, кошка вытягивает передние лапы, а задние, напротив, поджимает. Для чего? Таким образом, животное старается по максимуму снизить инерцию задней части тела, что позволяет намного лучше вращаться. Затем кошка совершает обратное действие: прижимает плотнее передние лапы, а задние выпрямляет. Таким образом, она стабилизирует тело в пространстве до нужного положения и — бац! — снова приземляется на все четыре лапки.

К слову сказать, похожий трюк используют спортсмены-фигуристы и танцоры балета. Широко разведенные руки и вытянутая нога, увеличивают силу инерции, прижатые руки к телу её снижают.

Однако у кошек, в отличие от человека, есть еще и хвост. Это значит, по словам Гбура, что им также доступен трюк под названием «пропеллер». Он означает то, что тело вращается в одном направлении, а хвост — в другом.

Такие невероятные изгибы возможны потому, что кошки имеют крайне подвижную поясничную область (пространство между тазом и грудной клеткой). Позвонки у кошек очень тонкие, что делает их намного гибче других четвероногих позвоночных

— Джон Хатчинсон, профессор эволюционной биомеханики Королевского ветеринарного колледжа Лондонского университета.

Датчики равновесия в голове


С точки зрения биологии, приземление на четвереньки имеет четкое нейроанатомическое объяснение. Это сложный рефлекс выпрямления, непосредственно связанный с работой головного мозга.

В основе этого рефлекса лежит работа вестибулярного аппарата, который контролирует равновесие, реагируя на изменения силы тяжести. Полукружные каналы и датчики, называемые отолитами, во внутреннем ухе кошки обнаруживают изменения в ее ускорении и положении относительно земли, побуждая ее мышцы двигаться таким образом, чтобы помочь ей приземлиться на лапы.

Еще в 50-х годах прошлого века ученые установили, что уникальная способность приземляться на четвереньки не просто заложена в кошках с самого рождения. Рефлекс выпрямления развивается по мере взросления. Во время экспериментов животных «катали» в реактивных самолетах, вызывая условия невесомости. Взрослые кошки могли выпрямиться, а вот только что родившиеся котята — нет.

Это было связано с тем, что главные датчики равновесия — отолиты — должны отвердеть, чтобы функционировать, как надо. А у котят они еще мягкие. Впрочем, эту теорию поддерживают далеко не все ученые.

Также имеет огромное значение высота падение. К примеру, кошка спокойно приземляется с высоты седьмого этажа, но может повредиться, если будет падать с высоты до метра. Это связано с тем, что животным не хватает времени, чтобы правильно развернуться. Поэтому зоологи крайне не рекомендуют котовладельцам проводить эксперименты с переворачиванием на «малых высотах».

Умеют не только они, но кошки все же лучшие


Ученые говорят, что умение падать всегда на четыре лапы развилось у кошек в процессе эволюции. Их предки часто охотились высоко на деревьях и, чтобы выжить, должны были научиться остаться сохранными после падения.

Неизменный переворот на правый бок


К слову сказать, приземляться на четвереньки — это вовсе не прерогатива одних только кошек. К примеру, кролики тоже так умеют. Конечно, ушастые не обладают такой же виртуозностью, но кое-что могут. Скажем, когда ястреб (или какая-то другая хищная птица) пикирует на кролика горизонтально, жертва может совершить неожиданный и очень высокий вертикальный прыжок, порой даже с переворотом. Сбив охотника с толку, кролик приземляется прямо, целым и невредимым, а потом утекает со всех ног.

Похожие трюки могут проделывать и крысы. Однако им до кошек тоже далеко. Не зря же кошачьи считаются высшей ступенью развития сухопутных хищников. И еще кошки очень классные — кошатники подтвердят.

Автор:

Мы в Мы в Яндекс Дзен
Как кошки стали друзьями человека: новые данные по ДНККошки без сладкого, но с тунцом: секреты вкуса у кошачьих