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简直违反物理规律:为什么猫咪落下时总是脚着地?
2020-01-05 16:00:57  出处:蝌蚪五线谱  作者:晴空飞燕 编辑:上方文Q   点击可以复制本篇文章的标题和链接

猫咪比人类想象的要聪明得多,作为人类的你有没有想过一个问题:为什么猫咪落下时总是脚着地?

几个世纪以来,科学家一共提出了四个假说来解释这一现象:

第一种模式是猫在“蜷曲和旋转”模式下可以蜷曲自己的爪子,旋转身体的其它部分;

第二种模式是19世纪的物理学家James Clerk Maxwell提出了名为“花样滑冰式下降”的模式。在这种模式下,猫咪通过伸出或者蜷缩爪子来改变角动量,从而用脚着地;

第三种模式是 “弯曲和旋转”模式。在这一模式下,猫咪会弯下腰,反向旋转上半身和下半身;

最后一种模式名叫“螺旋桨尾”,在这种模式下,猫咪会通过将尾巴转向一个方向来旋转身体,就好像是一个螺旋桨一样。在猫咪落地时,通常会采取这四种模式中的一种。

19世纪时,Maxwell对这一课题展开了初步的调查。他表示,当人们把猫咪从两英尺(约0.61米)的高空扔下来时,它们仍然能够用脚着地。落地的时间实在太快,以至于人类的肉眼无法观察这一过程。因此,高速摄影技术发展起来后,具体细节才得以揭秘。

Étienne-Jules Marey用高速摄影的方式拍摄到了猫咪下坠的第一批照片。因当时的研究需要,他在为不同的动物拍摄高速照片。

他拍摄的猫咪下坠照片震惊了整个科学界。那些见过照片的人表示,这组照片好像违背了已知的物理学定律。

简直违反物理规律:为什么猫咪落下时总是脚着地?

照片上所显示出的运动似乎非常复杂,而相关的解释虽然是真实的,但却并不完整。虽然足以让物理学家相信猫咪没有违背物理学定律,但却很难让每个人都相信相关的解释是正确或完整的。

那么,文章的开头提出了猫咪落地的四种假设,哪种落地的方式是最好的呢?

其实,猫咪落地的四种方式各有各的作用。如果你看到过猫咪落地的一系列高速照片或者视频,就会发现这个问题几乎成为了一个心理学问题。

不同的人总是会被不同的运动方式吸引注意力,但是在落地运动中,最重要的动作是弯曲和旋转两种。猫咪之所以会弯腰并且反向旋转上半身和下半身是为了抵消某些动作产生的影响。

如果有人对这些动作进行数学运算,就会发现这些动作是猫咪翻转的基本构成,但除此之外,使用尾巴对动作进行校正,以及利用爪子发挥杠杆作用也同样重要。

所以,如果要问哪种模式最为重要,那么弯曲和旋转,以及所涉及到的必要校正,共同构成了猫咪成功地用脚着地的结果。

虽然,目前我们并不清楚是否有人对猫咪下落的各个模式进行研究,并尝试发现更加精确的细节,但我们确实明白了猫咪下落的过程。因为猫咪的体重和身长不同,它们在完成扭曲弯曲、蜷缩、翻转时的动作细节上有着细微的区别。

观看猫咪下落的视频,你就会发现许多猫咪都是通过尾巴完成翻转的,但是即使没有尾巴的猫也能完成翻转动作,因此,物理学家认为问题的关键在于每只猫的具体差异。针对这一点,人们仍然存在着争议。

Gbur表示,许多物理学家并没有意识到这个问题的复杂性,而是仅在寻找一种简单的解决方案。虽然,寻找简单的解决方案符合物理学家的直觉和本能,但大自然永远只会找寻最为有效的解决方案。

科学家试图制造出能像猫一样翻转的机器人,甚至还试图设计一种即使被倒着扔下来,也能够正向落地的机器人。

但无论猫咪是被旋转着抛下去,侧着扔下去,还是倒着丢下去,它们最终都能用脚落地,机器人目前还做不到这一点。

在2003年的一篇论文中,物理学家Robert Batterman把猫咪的落地和傅科摆实验联系在了一起。这一实验的基本概念是:许多物理问题可以在一个系统中循环往复地发生。科学家总是在一个特定条件下,在特定的系统中展开物理实验。接着,通过引入一些行为变化,将条件回归到初始状态。但无论如何,在实验结束后,相关行为已经和开始时大相径庭。

猫咪掉落实验就是一个很重要的例子。最初,猫咪是被脊背挺直地倒置,无论它们在过程中怎样旋转,它们最终都是脊背挺直地落地,只不过旋转了180度而已。

总之,不管猫咪是如何下落的,在弯曲和翻转动作与尾巴和爪子的配合下,它们总是能够安全地用脚着地,但千万不要为了观察实验过程而“高空抛猫”哦!

简直违反物理规律:为什么猫咪落下时总是脚着地?

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