看我72轉：貓如何在空中自由轉身

最新 06-13

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經常能看到貓咪在玩耍的時候，背朝下、臉朝上不小心翻落。沒想到貓咪靈巧地、迅速地在空中翻過身來，四腳著地穩穩地落在了地上。毫髮無傷、悠閑地走開了。

能在空中自由轉身的「體操冠軍」

這有趣的一幕是很多人在日常生活中都遇見過的，即便從非常高的地方掉下來，貓通常也不會被摔死或者受傷。這是因為，它們能夠在空中自主地、快速地轉動身體，從而實現四腳著地，這大大緩衝了從空中掉落下來而產生的重力。而且，貓翻轉過身體後，通常會將四肢伸展開，這也能夠最大限度地形成空氣阻力，從而對下降的力度、速度進行緩衝。因此，即便不慎從高處墜落，貓也通常不會死。這也是為什麼人們認為「貓有九條命」的原因。如果換做是狗或者其他動物，往往就因為沒有貓的獨特技能而無法幸免於難了。

1984年，法國的科學家馬雷通過專業設備，首次將貓自空中降落的過程拍攝下來，然後，通過專業測速設備對這一過程進行了精準分析後，他發現，貓在降落過程中翻轉身體的速度是非常快的，僅需1/8秒即可完成。

貓在空中轉身

轉尾巴？還是轉脊椎？

如此短暫的時間，貓是如何實現在空中自由轉身的呢？通常來說，當我們藉助某個外力或者外在物體的支撐時，很容易能夠做到自由轉身。但是，貓在空中自由降落的時候，是無法藉助任何外力的，從物理學上來說，此時貓的運動是沒有外力矩的，貓如果想自己產生一種力量實現轉身，那麼只能是相反的力量。也就是說，如果貓的前半身想要以順時針方向轉動，那麼，後半身必須得產生一個以逆時針方向轉動的力量。如此一來，貓才能夠從理論上實現自由轉身。但理論歸理論，實際上，貓可從來沒有把自己扭成一團過。也就是說，上述假設無法成立。

20世紀60年代，一種新的假設開始出現。當時，（前）蘇聯力學專家洛強斯基提出了「轉尾巴」的假設。他認為，貓並不是藉助身體的扭動來形成力矩的，而是藉助於自己的尾巴所產生的反作用力，當尾巴在空中急速轉動時會產生一種空氣阻力。這個空氣阻力幫助貓的身體往反方向翻轉過去。這樣一來，貓就能在空中實現自由轉身了。

這個理論看似比較合理。因為飛機就是藉助於螺旋槳的高速轉動而向前飛行的，而且現實生活中，貓的尾巴確實又長又靈活，能夠起到一定作用。

但是很快，這項假設也被推翻了。英國生理學家麥克艦，找了幾隻天生就沒有尾巴的貓做了一組實驗，結果發現，即便這些貓沒有尾巴，它們也依然能夠在空中實現自由轉身。「轉尾巴」假設也就不攻自破了。

還有一種與「轉尾巴」假設類似的解釋是「彎脊椎」理論。這一理論提出，當貓在空中落下時，它們首先會將整個身體向中間彎曲，隨後其脊椎開始向各個不同方向彎曲，這種不同方向的力量彙集在一種，最終能使貓的前半身翻轉180°。此時，藉助於前半身翻轉的力量，貓的後半身就能夠自然而然地產生一種與這一力量的方向、大小都全然相反的動量矩，藉助於這一力矩的力量，貓的身體就能夠被整個拉轉過來，實現四腳朝地。

為了驗證這一「彎脊椎」的假設是否合理，1969年，美國的力學教授凱恩專門做了一項實驗。他找到一隻死去的貓，把它的身體分割成14塊，分別測出了每一塊的質量，將這些數據都輸入電腦。之後，他使用「彎脊椎」理論的數學模型，藉助電腦程序進行了運算，並將運作結果以電腦模擬技術模擬出畫面。最終輸出的圖形表明，當貓的前半身翻轉一周時，其整個身體能夠藉助這一翻轉產生的力量反向轉動，並且最終能夠轉動180°。這一運作結果，與馬雷通過高速攝像機拍下的貓在下落過程中真實轉身的畫面完全吻合。正因為如此，「彎脊椎」開始成為目前公認的、能合理解釋貓為何能在空中轉體的唯一理論。

當然，除了能「彎脊椎」之外，貓之所以能夠在空中實現自由轉身，還因為貓的體型較小，重力較輕。而且在下落過程中，貓能將四肢充分伸展，因此表面積大，可以產生更多阻力。人從空中下落的最高時速為210千米，而貓只有100千米，從這個角度來說，即便人學會了像貓一樣「彎脊椎」、把四肢充分伸展，也無法保證不被摔死或者摔傷。