Zvířecí krasobruslaři: Proč kočky vždy přistanou na všech čtyřech?

Snímky koček, které se během pádu otáčejí kolem vlastní osy a poté dopadají na všechny čtyři, poprvé zmátly fyziky koncem 19. století. Fotografie z této doby ukazují člověka, který drží kočku za nohy tak, že její záda směřují k zemi. Poté je zvíře upuštěno. Nejprve se chvíli vznáší ve vzduchu hlavou dolů a zády k zemi. Na dalších záběrech se však stane něco, co jako by popíralo fyzikální zákony – kočka se otočí a přistane na tlapkách. Jak je ale možné, že kočka vždy dopadne na všechny čtyři? Tímto jevem se zabývá článek, který původně vyšel v časopise Spektrum der Wissenschaft. Publikoval ho také server Scientific American.

Popření zákonů fyziky?

Lidé samozřejmě z každodenních pozorování věděli, že se tito čtyřnožci umí ve vzduchu otáčet. Předpokládalo se ale, že hybnost potřebnou k tomuto pohybu získávají odražením se od povrchu, z něhož padají. Podle zákona o zachování momentu hybnosti totiž není možné, aby se objekt, který nerotuje, náhle otočil bez vnějšího vlivu. Přesto je to přesně to, co fotografie ukazují. Zpočátku sice kočka padá přímo dolů, pak se jí ale podaří otočit se kolem vlastní osy. Jak je to tedy možné?

Tento jev zaměstnal mnoho vědců – včetně fyzika Jamese Clerka Maxwella, známého svou prací o elektromagnetismu. Ten provedl několik pokusů, při nichž shazoval kočky z různých výšek (včetně otevřených oken). Problém se však podařilo vyřešit až v roce 1969. Jak se totiž ukázalo, dříve nebyly brány v potaz všechny aspekty kočičího těla – nejde jen o válcovitý předmět, který se zázračně začne točit. Při pozorném pohlížení na pád kočky si lze všimnout, že horní a dolní část těla kočky rotují opačným směrem. Pokud se totiž zvíře otáčí jako mlýnek na pepř ve dvou různých směrech, je změna úhlové hybnosti nulová a moment hybnosti je zachován.

Když kočka spadne z malé výšky, je ve stavu beztíže jen krátkou dobu. Instinktivně proto natáhne nohy pod sebe, aby dopadla na všechny čtyři. Při pádu z velké výšky však tato strategie už není užitečná – natažené nohy totiž mohou vést k vážnému zranění, protože váha zvířete je v tu chvíli rozložena nešikovně.

Jak je ale možné, že se kočce podaří přistát na tlapkách? K tomu triku kočkovité šelmy využívají fyzikální zákony klasické mechaniky: tím, že si přitáhnou přední tlapy blízko těla, se sníží jejich moment setrvačnosti. Podobně to ostatně dělají i například krasobruslaři. Co se týče zadních nohou, tady šelmy využívají opačný efekt – napínají je, aby vytvořily co největší moment setrvačnosti. V důsledku toho se horní část těla otáčí ve velkém úhlu, zatímco nohy rotují méně a v opačném směru. Tento pohyb umožňuje extrémně pružná páteř, kterou zvířata disponují.

Jakmile je tedy horní část těla ve správné poloze, tedy když je hlava ve vzpřímené poloze nad zemí, mohou kočky natáhnout přední tlapky, napnout zadní a provést pohyb podobný pepřovému mlýnku v opačném směru tak, aby se zadní tlapky rovněž dostaly nad zem. Tímto způsobem se jim vždy podaří přistát na všech čtyřech – a to podle všech fyzikálních zákonů.

Jedenácté patro? Žádný problém

Fyzikální zákony ale také říkají, že z čím větší výšky je pád, tím silnější je náraz. Studie z 80. let 20. století však ukazuje něco jiného – alespoň pro kočky. Dva newyorští veterináři popsali celkem 132 případů, kdy v období od června do listopadu roku 1984 kočky spadly až z 32. patra výškových budov. Devadesát procent jich přežilo. Když veterináři dokumentovali zranění, učinili překvapivé zjištění: zatímco závažnost poranění se zvyšovala až do výšky přibližně sedmi pater, zdálo se, že poté klesá. Jinými slovy – pád z jedenáctého patra mohl pro kočku dopadnout lépe než pád ze šestého patra.

Jak je ale možné, že se kočce podaří přistát na tlapkách? K tomu triku kočkovité šelmy využívají fyzikální zákony klasické mechaniky: tím, že si přitáhnout přední tlapy blízko těla, se sníží jejich moment setrvačnosti. Podobně to ostatně dělají například i krasobruslaři.

Jak je to ale možné? Jedno z vysvětlení se týká zkušeností zvířat. Když kočka spadne z malé výšky, je ve stavu beztíže jen krátkou dobu. Instinktivně proto natáhne nohy pod sebe, aby dopadla na všechny čtyři. Při pádu z velké výšky však tato strategie už není užitečná – natažené nohy totiž mohou vést k vážnému zranění, protože váha zvířete je v tu chvíli rozložena nešikovně. To tedy může vysvětlovat, proč s rostoucí výškou patra klesá míra přežití – přinejmenším do sedmého. Jak je to ale výš? Při větších výškách se během pádu projeví třecí síla, která pád zpomaluje. Veterináři se domnívají, že tato síla způsobí, že kočky v danou chvíli nezažívají pocit pádu. Mohou se tedy uvolnit a nenatahují nohy – a tak dopadají mírněji, s rovnoměrnějším rozložením hmotnosti, a mají tak větší šanci na přežití.

Existuje však i jednodušší vysvětlení tohoto pozorování – ačkoliv výrazně depresivnější. Pokud kočka spadne z vysokého patra a okamžitě zemře, majitel se pravděpodobně nebude obtěžovat zastavit se na veterinární klinice. Skutečný počet úmrtí po pádu je tak pravděpodobně vyšší, než kolik jich zaznamenali lékaři.