なぜ猫は足で着地するのでしょうか？ 物理学で説明する

結局のところ、少なくとも理論的には、ネコ科動物はどんな高さから落ちても生き残ることができる

2018年にニューヨーク市で、1匹の猫が32階のアパートの窓から硬いアスファルトの上に落ち、それでも生き残ったと伝えられている。 肺の虚脱と歯の骨折を治療した獣医に2日間入院した後、この4本足の友人は家に戻ることができた。 おそらく他の同様の状況が、「猫には9つの命がある」という格言を生み出した可能性があります。 何十年もの間、さまざまな分野の研究者が彼らの驚くべき生存能力を理解しようと努めてきました。

しかし、19世紀後半に物理学者を最初に困惑させたのは、動物たちが目もくらむような高さから転落したことではなかった。 その代わりに、専門家は、猫が自分の軸を中心に回転しながら落下し、その後足から着地する写真を見て困惑した。 当時の画像には、背中を地面に向けて猫の足をつかんでいる人物が写っています。 その後、動物は放されます。 最初、ネコ科動物は背中を地面に向けて逆さまに空中に浮かびます。 しかし次のショットでは、物理法則に反すると思われることが起こります。猫が向きを変えて前足で着地するのです。

もちろん、人々は日常の観察から、これらの四足動物が空中で回転できることを知っていました。 しかし、落下する表面から押し出すことによって、この運動に必要な勢いを得ると考えられていました。 角運動量保存則によれば、回転していない物体が外部からの影響なしに突然回転することは不可能だからである。 しかし、それはまさに写真が示しているものです。 最初は猫はまっすぐに落ちます。 その後、それ自体の軸を中心に回転することができます。 そんなことがあるものか？

この現象は、電磁気学の研究で知られる物理学者のジェームス・クラーク・マクスウェルを含む多くの科学者を魅了しました。 彼は、さまざまな高さ（開いた窓からなど）やベッドやテーブルの上に猫を落とすいくつかの実験を実施しました。 しかし、「落ち猫問題」が解決されたのは1969年になってからでした。 結局のところ、猫の体について十分に慎重に考慮されていなかったことが判明しました。 それは魔法のように回転し始める単なる円筒形の物体ではありません。 よく見ると、猫の上半身と下半身が逆方向に回転していることがわかります。 したがって、角運動量の保存が保たれます。 動物がペッパーミルのように 2 つの異なる方向に回転する場合、角運動量の変化はゼロになります。

しかし、猫はどうやって前足で着地することができるのでしょうか? これを行うために、ネコ科動物は古典力学の物理法則を利用します。つまり、前足を体の近くに置くことで慣性モーメントを減らします。 フィギュアスケーターのように、上半身は自分の軸を中心に素早く回転します。 次に、動物は後ろ足で逆の効果を利用します。 彼らは脚を伸ばして、できるだけ大きな慣性モーメントを生み出します。 その結果、上半身は大きな角度で回転しますが、脚は反対方向にあまり回転しません。 動物の非常に柔軟な脊椎がこの動きを可能にします。 上半身が正しい位置（つまり、頭が地面の上に直立している）になると、猫は前足を伸ばし、後ろ足を締めて、ペッパーミルのような動きを反対方向に実行して、後足が正しく動くようにします。地上にも並んでいます。 このようにして、動物はすべての物理法則に従い、常に四つ足で着地することができます。

物理法則によれば、落下が高くなるほど、衝撃はより強くなります。 しかし、1980年代の研究では、少なくとも猫に関しては異なる状況が描かれています。 ニューヨーク市の2人の獣医師は、1984年6月から11月までの間に、高層ビルの32階もの高さから猫が転落した合計132件の事例を報告した。 全体として、猫の90パーセントが生き残りました。 獣医師が傷の状況を記録したところ、驚くべき観察がなされた。約7階の高さまでは傷の深刻さが増したが、その後は減少したようだった。 言い換えれば、猫にとって、11階からの転落は6階からの転落よりも穏やかに終わる可能性があるということだ。