Cum reușesc pisicile să cadă mereu în picioare? Este un puzzle care ar trebui să fie ușor de rezolvat, dar care le-a luat mult timp oamenilor de știință.
Tentativele de a explica această abilitate, cunoscută mai comun ca reflexul redresării în aer a pisicii, sunt tot atât de vechi ca cele ale studiului fizicii.Primul care a publicat un studiu pe această temă a fost omul de știință francez Antoine Parent, în anul 1700. Totul în contextul în care Isaac Newton încă trăia iar lucrarea lui, Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, avea 13 ani de la publicare.
Interesul final al lui Parent nu era doar pentru a înțelege căderea felinei, ci dorea să cerceteze și cum cad și se mișcă obiectele grele când se scufundă în apă într-o poziție de echilibru. Ca o idee ulterioară, Parent a sugerat că, precum un obiect greu care se putea întoarce cu partea mai grea în apă datorită șocului gravității și în sus datorită unei forțe plutitoare, o pisică în cădere liberă și-ar putea ajusta coloana vertebrală pentru a se întoarce, mutându-și centrul de gravitație deasupra celui de flotabilitate.
Această idee este considerată greșită, deoarece flotabilitatea aerului este prea redusă pentru a afecta o pisică în cădere liberă. Totuși, această explicație, alături de altele derivate de aici au rămas ca idei comune în cărțile despre pisici din secolul XIX. Comunitatea fizicienilor a găsit totuși alte explicații. Începuturile secolului XIX dezvoltau ideea că anumite proprietăți fundamentale ale naturii se păstrează într-un anume proces fizic.
Mulți vor realiza că este vorba despre conservarea energiei. Cu alte cuvinte, energia nu se creează, nici nu se distruge, ci se transformă. De exemplu, o mașină se mișcă prin transformarea energiei chimice a combustibilului în mișcarea mecanică a roților. Când mașina se oprește prin acțiunea frânelor, mișcarea se transformă în energie termică datorită fricțiunii.
S-a demonstrat că acest fenomen se păstrează în orice proces fizic. Pentru un singur obiect în mișcare, impulsul este produsul dintre masă și viteză, iar obiectele mai grele și mai rapide au un impuls mai mare decât cele mai ușoare și mai lente. O altă lege a conservării a fost recunoscută la mijlocul secolului XIX: principiul conservării mișcării unghiulare. O consecință imediată a acestei legi este observarea faptului că un obiect nu poate începe să se rotească fără ca alt obiect să nu se rotească în sens opus cu aceeași magnitudine cinetică.
Este un lucru ușor de observat. Dacă te așezi pe un scaun de birou cu rotile și îți rotești corpul la stânga, scaunul se va roti în sens contrar, către dreapta. O dată ce a fost descoperită legea conservării energiei, fizicienii au stabilit imediat că o pisică pur și simplu nu putea să se rotească în jurul său în cădere liberă, o dată ce a început coborârea. Părerea generală era că pisica, în momentul în care începe să cadă, trebuie să se împingă în afara scobiturii sale pentru a crea o rotație inițială care să o facă să cadă în picioare.
Prima filmare a unei pisici în cădere
Dar această explicație a fost dărâmată în 22 octombrie 1894 la Academia Franceză De Științe de către fizicianul Etienne-Jules Marey. Marey a prezentat o secvență inedită de fotografii a unei pisici în cădere, făcută la viteză mărită, arătând cum animalul cade în picioare, fără nicio rotație. Aceste fotografii au provocat haos în audiență. Un membru al Academiei a arătat că Marey ”le-a prezentat un paradox științific ce contrazice în mod direct principiile mecanice cele mai elementare”.
Unde au greșit oamenii de știință? Fizicienii, care descoperiseră de curând conservarea mișcării unghiulare, îsi concentraseră atenția pe studiul corpurilor rotative rigide, precum o roată de bicicletă sau o planetă care se rotește. Dar o pisică, la fel ca multe din rudele ei, este departe de a fi un corp rigid. Pisicile se pot îndoi, roti și, în general, îsi pot mișca multe părți ale corpului fără să atingă o rotație completă, fără nicio mișcare unghiulară/
Atunci, cum cad ele în picioare?
Fizicienii și-au recunoscut eroarea și au arătat diferite mecanisme potrivit cărora o pisică este capabilă să se redreseze singură folosind diferite mișcări ale corpului său. Cel mai important mecanism a fost demonstrat de către fizicienii olandezi G.G.J. Rademaker și J.W.G. ter Braak, câțiva ani mai târziu, în 1935.
În acel moment, problema redresării pisicilor era investigată de către neurologi. Voiau să înțeleagă ce porțiuni ale sistemului nervos al pisicilor controlează acest reflex. Rademaker și Ter Braak au ajutat la răspunsul acestor întrebări, dar în timpul cercetărilor au găsit explicațiile fizice nesatisfăcătoare, așa că au hotărât să dezvolte propriile lor idei. Și-au imaginat pisica, ca și cum ar fi doi cilindri. Dacă pisica se îndoaie de la brâu, poate răsuci cele două jumătăți ale corpului său în direcții opuse, provocând ca cele două momente unghiulare opuse să se anuleze la jumătate.
Când se îndoaie, corpul său se orientează într-o direcție diferită, în ciuda faptului că pisica nu are un moment unghiular când începe să cadă. Această mișcare, cunoscută acum drept ” îndoire și rotire” pentru redresarea unei pisici, este probabil manevra cea mai importantă pe care o face felina în timpul redresării sale.
Dar cercetările asupra fizicii acestui fenomen nu s-au oprit aici. Rademaker și Ter Braak au prezentat doar modelul cel mai simplu al unei pisici care se rotește. Au capturat esența mișcării, dar nu toate detaliile.
Ce putem învăța din căderea pisicilor?
La sfârșitul anilor 60, a crescut interesul pentru acest mister, pentru că NASA voia să-și învețe astronauții să se rotească în ambiente plutitoare. De data aceasta, provocarea și-au asumat-o inginerii de la Universitatea Stanford, care au folosit simulările computerizate pentru a redefini modelul fiziologilor. Totuși, nu este clar dacă vreodată astronauții au încercat să execute mișcarea de ”îndoire și rotire” în spațiu.
În ziua de astăzi, cercetările asupra mișcării pisicilor au continuat în alt domeniu de studiu: robotica. Inginerii s-au inspirat mereu din natură în realizarea celor mai buni roboți. Căderea pisicilor nu putea fi mai prejos, având în vedere minimalizarea daunelor fizice datorate căderii sale. S-au creat diferite tipuri de pisici robot, dar niciunul dintre ei nu a reușit să-și adapteze căderea pentru a ateriza în picioare, indiferent de poziția de plecare.
Atunci, cum face pisica? Pare că răspunsul este destul de complicat. Deși ”îndoirea și rotirea” este manevra cea mai importantă, în mod clar pisica folosește diferite alte mișcări pentru a se roti rapid și eficient. Reflexul de redresare al pisicilor în cădere, deși are câteva explicații științifice, continuă să preocupe mulți oameni de știință, până în ziua de astăzi.