Американський фізик побудував модель, яка пояснила виживаність котів при стрибанні з висоти. З'ясувалося, цьому сприяє супротив повітря, розмір лап відносно тіла, а також властивість котячих лап пружинити і поглинати енергію при зіткненні з землею. Під час досліджень жоден кіт не постраждав — вчений лише здійснив кілька обчислень, які опублікував у журналі European Journal of Physics.
GIPHY
👋 Підпишіться на наш телеграм-канал! А ще у нас є ютуб 🎬
Як падають коти?
Коти володіють неймовірною здатністю завжди приземлятися на лапи, що захоплювало фізиків ще з часів Максвелла. І детальне пояснення, як котам це вдається, не порушуючи законів збереження моменту імпульса, зайняло майже сто років. Тепер же американський фізик Джон Чаліс (John H Challis) з Пенсильванського університету вирішив розглянути, як коти примудряються виживати після падінь з великої висоти. Адже в той час як для людини падіння з всього триповерхової висоти може бути фатальним, коти здатні вижити і при падінні з висоти 32 поверхів. І в своїй роботі вчений дійшов висновку, що на таку разючу живучість котів впливає не вдача, а поєднання зменшення швидкості приземлення через аеродинаміку, якості котячих лап та витривалість їхніх кісток.
Кіт, який брав участь у дослідженні. При падінні на нього діє сила тяжіння та аеродинамічного опору. John Challis / European Journal of Physics, 2022
Що треба знати про котів перед їхнім падінням?
Щоб пояснити цю котячу фізику, вчений побудував рівняння, які б описували швидкість кота, що падає, амортизаційні властивості котячих лап, а також можливе навантаження на тварину при приземленні. Чаліс взяв за приклад кота вагою в 4,5 кілограма, який падав би рівно лапами вниз під дією сили тяжіння. Взявши з раніших досліджень значення коефіцієнта аеродинамічного спротиву та площі кота, вчений також вирахував значення сили аеродинамічного опору, який переживатиме у польоті тварина. При падінні кота спинятиме спротив повітря, тож його швидкість за таких параметрів незалежно від висоти не перевищуватиме 24,5 метра на секунду (але знизиться нижче 10 поверху).
Залежність швидкості падіння кота від висоти, з якої він падає (у поверхах, кожен поверх — 3,5 метра). John Challis / European Journal of Physics, 2022
Цей вплив опору повітря допомагає пояснити, чому є повідомлення про кішку, яка пережила падіння з 32 поверху (автор дослідження зауважує, що більша висота падіння хоч і можлива, але не рекомендується). А далі коту слід приземлитися.
Як виживає кіт?
Коли кіт приземляється, кожна його лапа поводить себе як пружина, щоб пом'якшити падіння. Фактично, кіт — це чотири паралельні пружини-амортизатори. Тому Чаліс взяв підраховане раніше значення жорсткості котячих лап та побудував модель їхнього «пружинення» при падінні з висоти в 15,7 метра. З'ясувалося, що незалежно від поверхні — була це трава, бетон чи абсолютно жорстка поверхня — кішка уникає удару о неї. Змодельований кіт приземлився та вже за 0,1 секунди після контакту з землею та «пригинанням», повернувся у вертикальне положення.
Зміщення положення кота відносно його лап залежно від типу поверхні, на яку він приземляється. Синя лінія – абсолютно тверда поверхня, червона – бетон, зелена – трава. John Challis / European Journal of Physics, 2022
Останнім параметром, який на думку Чаліса впливає на живучість котів, є витривалість котячих кісток. Він вказав, що оскільки властивість кістки опиратися прикладеним навантаженням залежить від площі її поперечного перерізу, отже навантаження на скелетну систему масштабуються пропорційно масі. І так вчений доходить висновку, що навіть при однаковому відносному навантаженні на кістки котів і, приміром, людей, людські кістки будуть переживати більше навантаження. У своїх рівняннях дослідник також розглядав і можливості падіння з висоти людей — моделі можна так само пристосувати. Щоправда, доля людини у цьому випадку дещо трагічніша.
До речі, про падіння людей ми також розповідали. Фізики побудували модель безпечного пірнання у воду з висоти та дійшли висновку, що наприклад, для пірнання руками вперед максимально безпечна висота складає 12 метрів. Коти таким, звісно, не займаються. Але їхній хист до стрибків допоміг інженерам навчити свого чотириногого робота так само приземлятися рівнесенько на ноги.