貓之物語(yǔ)：能在空中轉(zhuǎn)身的“體操冠軍”

貓之物語(yǔ)：能在空中轉(zhuǎn)身的“體操冠軍”

不管從多高的地方跳下，貓總能四肢著地，這樣的技能不禁讓人感到驚嘆。此外，九條命的傳說(shuō)也讓貓總是籠罩著一種神秘的色彩。但是，傳說(shuō)往往離真相不遠(yuǎn)。

圖/東方IC

人們常說(shuō)“貓有九條命”，其實(shí)這是指貓往往在意想不到的情況之下，在危險(xiǎn)環(huán)境中存活。比如說(shuō)一條狗不小心失足從高處摔下，它多半會(huì)摔傷，可是貓從高處跳下卻往往安然無(wú)恙。再仔細(xì)點(diǎn)觀察會(huì)發(fā)現(xiàn)，“喵星人”從高處摔下時(shí)總是能靈巧地、迅速地在空中轉(zhuǎn)身后用四肢穩(wěn)穩(wěn)落地，毫發(fā)無(wú)傷。

為了弄清其中的原因，英國(guó)廣播公司（BBC）第一頻道還曾經(jīng)制作過(guò)一部名為《空中的生活》的科教片，用慢鏡頭拍攝了非洲獰貓的生活，揭示了動(dòng)物如何挑戰(zhàn)萬(wàn)有引力定律，總是能四肢落地之謎。

空中轉(zhuǎn)身只需1/8秒

“我家小貓花卷從8樓摔下未死！晚上回家發(fā)現(xiàn)花卷沒(méi)有迎接，它平時(shí)都在露臺(tái)上玩，我擔(dān)心掉下去了，遂到樓底去找。聽到‘喵喵’的叫聲，發(fā)現(xiàn)它從樹叢中跑到了草坪上。腿受了輕傷，有些不便。不是所有的貓都有跳下8樓還能生還的經(jīng)歷喔，花卷你很牛！”

主人榮先生發(fā)微博描述了自己的貓咪從8樓摔下生還的故事，他覺(jué)得自家的“貓主子”真是堅(jiān)強(qiáng)。

貓從高處摔下不會(huì)摔死是很多人在日常生活中都遇見過(guò)的。這是因?yàn)樗鼈兡茉诳罩凶灾鞯?、快速地轉(zhuǎn)動(dòng)身體，從而實(shí)現(xiàn)四腳著地，這大大緩沖了從空中掉落下來(lái)而產(chǎn)生的重力。而且，貓翻轉(zhuǎn)身體后，通常會(huì)將四肢伸展開，這也能最大限度地形成空氣阻力，從而對(duì)下降的力度、速度進(jìn)行緩沖。因此，即便不慎從高處墜落，貓也通常不會(huì)死。這也是為什么人們認(rèn)為“貓有九條命”的原因。如果換做其他動(dòng)物，往往就因?yàn)闆](méi)有貓的獨(dú)特技能而無(wú)法幸免于難了。

1984年，法國(guó)科學(xué)家馬雷通過(guò)專業(yè)設(shè)備，首次將貓自空中降落的過(guò)程拍攝下來(lái)，然后通過(guò)專業(yè)測(cè)速設(shè)備對(duì)這一過(guò)程進(jìn)行了精準(zhǔn)分析。他發(fā)現(xiàn)，貓?jiān)诮德溥^(guò)程中翻轉(zhuǎn)身體的速度非常快，僅需1/8秒。

轉(zhuǎn)尾巴還是彎脊椎

如此短暫的時(shí)間，貓是如何實(shí)現(xiàn)在空中自由轉(zhuǎn)身的呢？通常來(lái)說(shuō)，當(dāng)我們借助某個(gè)外力或者外在物體的支撐時(shí)，很容易能夠做到自由轉(zhuǎn)身。但貓?jiān)诳罩凶杂山德鋾r(shí)是無(wú)法借助任何外力的，從物理學(xué)上來(lái)說(shuō)，此時(shí)貓的運(yùn)動(dòng)是沒(méi)有外力矩的，貓如果想自己產(chǎn)生一種力量實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)身，那么只能是相反的力量。也就是說(shuō)，如果貓的前半身想要以順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，那么后半身必須得產(chǎn)生一個(gè)以逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)的力量。如此一來(lái)，貓才能從理論上實(shí)現(xiàn)自由轉(zhuǎn)身。但理論歸理論，實(shí)際上，貓可從來(lái)沒(méi)有把自己扭成一團(tuán)過(guò)。也就是說(shuō)，上述假設(shè)無(wú)法成立。

20世紀(jì)60年代，一種新的假設(shè)開始出現(xiàn)。當(dāng)時(shí)，蘇聯(lián)力學(xué)專家洛強(qiáng)斯基提出了“轉(zhuǎn)尾巴”的假設(shè)。他認(rèn)為，貓并不是借助身體的扭動(dòng)來(lái)形成力矩的，而是借助自己的尾巴所產(chǎn)生的反作用力，當(dāng)尾巴在空中急速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生一種空氣阻力，這種空氣阻力能幫助貓的身體往反方向翻轉(zhuǎn)過(guò)去。這樣貓就能在空中實(shí)現(xiàn)自由轉(zhuǎn)身了。

這個(gè)理論看似比較合理。因?yàn)轱w機(jī)就是借助螺旋槳的高速轉(zhuǎn)動(dòng)而向前飛行的，而且現(xiàn)實(shí)生活中，貓的尾巴確實(shí)又長(zhǎng)又靈活，能起到一定作用。

但很快這項(xiàng)假設(shè)也被推翻了。英國(guó)生理學(xué)家麥克艦找了幾只天生就沒(méi)有尾巴的貓做了一組實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，即便這些貓沒(méi)有尾巴，它們也依然能在空中實(shí)現(xiàn)自由轉(zhuǎn)身?！稗D(zhuǎn)尾巴”假設(shè)也就不攻自破了。

還有一種與“轉(zhuǎn)尾巴”假設(shè)類似的解釋是“彎脊椎”理論。這一理論提出，當(dāng)貓?jiān)诳罩新湎聲r(shí)，它們首先會(huì)將整個(gè)身體向中間彎曲，隨后脊椎開始向各個(gè)不同方向彎曲，這種不同方向的力量匯集在一起，最終能使貓的前半身翻轉(zhuǎn)180°。此時(shí)，借助前半身翻轉(zhuǎn)的力量，貓的后半身就能自然而然地產(chǎn)生一種與這一力量的方向、大小都全然相反的動(dòng)量矩，借助這一力矩的力量，貓的身體就能被整個(gè)拉轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)，實(shí)現(xiàn)四肢朝地。

為了驗(yàn)證這一“彎脊椎”的假設(shè)是否合理，1969年，美國(guó)力學(xué)教授凱恩專門做了一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。他找到一只死去的貓，把它的身體分割成14塊，分別測(cè)出每一塊的質(zhì)量，將這些數(shù)據(jù)都輸入電腦。之后，他使用“彎脊椎”理論的數(shù)學(xué)模型，借助電腦程序進(jìn)行了運(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)果以電腦仿真技術(shù)模擬出畫面。最終輸出的圖形表明，當(dāng)貓的前半身翻轉(zhuǎn)一周時(shí)，其整個(gè)身體能借助這一翻轉(zhuǎn)產(chǎn)生的力量反向轉(zhuǎn)動(dòng)，并且最終能轉(zhuǎn)動(dòng)180°。這一結(jié)果與馬雷通過(guò)高速攝像機(jī)拍下的貓?jiān)谙侣溥^(guò)程中真實(shí)轉(zhuǎn)身的畫面完全吻合。正因?yàn)槿绱耍皬澕棺怠遍_始成為目前公認(rèn)的、能合理解釋貓為何能在空中轉(zhuǎn)體的唯一理論。

當(dāng)然，除了能“彎脊椎”之外，貓之所以能在空中實(shí)現(xiàn)自由轉(zhuǎn)身，還因?yàn)樨埖捏w型較小，質(zhì)量較輕。而且在下落過(guò)程中，貓能將四肢充分伸展，因此表面積增大，可以產(chǎn)生更多阻力。人從空中下落的最高時(shí)速為210千米，而貓只有100千米，從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)，即便人學(xué)會(huì)了像貓一樣“彎脊椎”、把四肢充分伸展，也無(wú)法保證不被摔死或摔傷。

貓的這一獨(dú)特技能被現(xiàn)代體育技術(shù)充分借鑒和應(yīng)用。在很多體育項(xiàng)目中，一些高難度動(dòng)作是需要在空中實(shí)現(xiàn)的，比如花樣滑冰、體操、蹦床、跳高、跳水等。在花樣滑冰中，運(yùn)動(dòng)員們跳躍起來(lái)之后，在空中高速轉(zhuǎn)體的技巧就是借鑒了貓的特殊技能。（據(jù)科普中國(guó)、環(huán)球時(shí)報(bào)）※