Неординарность и загадочность словно тени следуют за живущими с нами под одной крышей кошками. Чего только стоит их феноменальный фирменный трюк приземляться на лапы при неожиданном падении. А ведь многие люди так и не ведают, как именно мурлыки проделывают в воздухе этот фокус.
Современные скоростные цифровые камеры позволяют «замедлить» время и воочию увидеть детали многих чрезвычайно быстротечных для нашего глаза процессов. Эффектные кадры разнообразных взрывов, пролета и попадания в предметы пуль и т.п. восхищают простых обывателей и дают дополнительный стимул для размышлений специалистам.
Не обошла своим вниманием данная технология и наших домашних любимцев. Благодаря ей наконец-то был раскрыт один из секретов милых пушистиков. А именно – как кошки умудряются при неожиданном падении так удачно приземляться на лапы.
Хотя справедливости ради следует отметить, что этим умением также обладают и другие животные, которым доводится совершать дальние прыжки по ветвям на значительной высоте: куницы, виверровые, лемуры, белки, сони и т.д.
Однако герои нашего повествования домашние мурлыки, поэтому далее разговор пойдет об их способностях и особенностях. Тем более что объект исследований всегда под рукой для любого желающего самостоятельно произвести скоростную видеосъемку и перепроверить результаты.
Таким образом, техника безопорного переворачивания усатых-полосатых в воздухе была изучена тщательно и всесторонне. И оказалось, что это довольно-таки нетривиальное действо.
Широко распространенное убеждение увязывает все дело с хвостом. А точнее – с кручением оным. То есть, кошка вращает хвостом в одну сторону, а ее тело в соответствии с законом сохранения момента импульса крутиться в противоположную. При этом скорость вращения она регулирует прижиманием или вытягиванием лап. Но это в теории, а на практике выяснилось, что одного хвоста оказывается недостаточно.
В 1960-х годах во время активной подготовки к покорению человеком околоземной орбиты кошек брали в полеты по параболической траектории. В этом случае на борту самолета на короткое время удается получать состояние невесомости. Тут-то и выяснилось, что вращение только хвостом в попытках перевернуться оказалось бесполезным. Однако выкручиваясь телом, они все же умудрялись успешно достичь цели.
Извернуться в полете подобно кошке не получается ни у одной имеющей намного более роскошный хвост выдры или лисы. А учитывая благополучное приземление на лапы и бесхвостых кошек-бобтейлов становится очевидно, что главное – отнюдь не хвост, хотя он и ощутимое подспорье. Первооснова в этом процессе – отменной гибкости позвоночник.
Разворачиваясь в воздухе, пушистики активно используют изменение момента импульса. Только в этом случае их тело в районе талии делится на переднюю и заднюю части, скорость вращения которых регулируется расположением лап и изгибанием хребта.
При неожиданном падении животное ни от чего не отталкивается, то есть не приобретает начального вращения, которое затем можно регулировать. Если обе части его туловища будут вращаться с одной скоростью, то за единицу времени они повернуться в разных направлениях на одинаковый угол, а значит перевернуться невозможно. Однако меняя положение лап, кошка способна изменять быстроту вращения частей.
Так в начале переворота во время падения спиной вниз прижимание передних лап уменьшает момент импульса и увеличивает скорость вращения этой части туловища в нужном направлении. Выставленная задняя лапа увеличивает момент импульса и уменьшает скорость вращения зада в противоположную сторону. Таким образом, все тело мурлыки повернется на определенный угол в требуемом направлении.
Как только передние лапы займут правильное положение, они вытягиваются для замедления движения уже в противоположном направлении. В то же время задние прижимаются, чтобы увеличить скорость вращения в сторону переворота и быстро докрутить до нужной позиции заднюю часть. После этого остается только вытянуть все лапы и спружинить приземление.
Подобную молниеносную и отлаженную работу тела обеспечивает наличие в мозгу мурлыки специальной вложенной с рождения и срабатывающей инстинктивно программы управления «полетом». Ее выполнение начинается с определения положения туловища в пространстве, точную информацию о котором предоставляет расположенный в среднем ухе прецизионный вестибулярный аппарат. Затем запускается алгоритм движения частей тела. У котят такое уменье проявляется по достижении четырех недель отроду, а окончательно техника отрабатывается к двум месяцам.
К сожалению, в современных городах дома намного выше привычных с незапамятных времен деревьев. Кошки известные покорители высоты и нередко срываются с верхних этажей метнувшись за птицей, пытаясь перелезть на соседний балкон и т.п. В этой ситуации умение приземляться на лапы их не спасает.
Спружинивание мускулистых конечностей и эластичного позвоночника не способно «погасить» кинетическую энергию такого полета, что приводит к перелому костей, сильному удару туловища и головы о землю и получению тяжелых травм и увечий, а то и более печальным последствиям.
Феноменом приземляющихся на лапы пушистиков ученые заинтересовались довольно давно. Как и все в нашей Вселенной, он непременно должен подчиняться законам физики, но до начала XX ст. ему не находилось приемлемого объяснения. Так что «Задача о падающей кошке» появилась гораздо раньше знаменитого кота Шредингера. Она даже удостоилась попадания на страницы легендарной «Занимательной физики» Я.И. Перельмана.
Тем не менее, построение теоретической модели продолжается до сих пор и на серьезном академическом уровне. Так в 1969 году Т. Кейн и М. Шер (T. R. Kane and M. P. Scher) из Стэнфордского университета представили свои разработки в статье «Динамическое объяснение феномена падающей кошки» (A Dynamical Explanation of the Falling Cat Phenomenon/International Journal of Solids and Structures, 1969 Vol. 5).
Их чисто абстрактное моделирование (не было уронено или подброшено ни одного животного) нашло немало последователей. Так в 1993 году профессор Калифорнийского университета (University of California, Santa Cruz) Ричард Монтгомери (Richard Montgomery) опубликовал в математическом журнале на 26 страницах созданную после многолетних трудов «Калибровочную теорию падающего кота» (Gauge Theory of the Falling Cat).
Впрочем, не обошлось и без юмора. Так в 1998 году в журнале The Annals of Improbable Research (один из основных спонсоров вручения Шнобелевской премии) были отмечены «изыскания» некой Фиореллы Гамбале (Fiorella Gambale). Увеличивая высоту на фут и осуществляя по сто бросков, она установила, что в интервале от 1 до 6 футов (≈0.30-1.83 м) кошка Эстер (Esther) приземляется на лапы. Ниже на переворот у нее банально не хватало времени.
Имелось у «Задачи о падающей кошке» и практическое применение. Изначально этим феноменом заинтересовалось NASA, которое и профинансировало уже упомянутые исследования физиков Стэнфордского университета. Целью являлась разработка приемов перемещения астронавтов в условиях невесомости и их отработка на батуте.
