猫从高处下落，为何总能四脚着地？此现象让科学家研究了上百年
慧眼科学2020-03-10 23:15
猫从高处落下，为何总能四脚着地而非背部朝下？真相出来了！
跟猫相处久了，会发现一个很神奇的现象：猫每次高高跳起再落回地面的那一瞬间，总是能够以四脚着地，从来不会出现背部朝下摔得四脚朝天。即使你把一只猫抱起来，让它的脚朝上背朝下，然后松手使它下落，它依然能够迅速调转身体以四脚着地。为什么会这样？其实科学家也对这个现象研究了上百年时间。
用物理学语言来说，此问题可以转换成：在不违反角动量守恒定律的前提下，猫是怎么做到在下落过程中从四脚朝天变成四脚朝下的？
以人类从高处坠落为例，根据角动量守恒定律，我们从高处向地面自由落体的过程中，角动量的初始方向怎样，就会一直保持这个方向，直到落地都不会改变。比如说，我们以双腿朝下的姿势下落，先着地的是双腿；以头部朝下的姿势下落，先着地的就是头部。
然而，猫就不一样了。如果将猫下落的过程放慢，我们可以看到它在空中做的特别动作：它会利用眼睛或者耳朵里的半规管来判断方向，弄清楚哪是上哪是下；整个下落过程的前一段并没有转动身体，当它落到一半时才转动，紧接着便以新的姿势下落，直到落地。
猫在半空中转动身体的现象似乎违背了牛顿第一定律，因为它在没有受到外力的作用下却改变了运动状态。将猫在空中翻转身体的动作再放慢一点，可以看到它的尾巴也会转动，并且转动方向跟身体的转动方向相反。于是，科学家便猜测猫总能四脚着地可能与尾巴有关。
但事实却是，就算某只猫失去了尾巴，它照样能够在下落时以四脚着地。由此可见。猫的尾巴并不是问题的决定因素。
二十世纪六十年代，国外一研究团队为了观察猫在失重情况下的下落过程，带了几只猫进入太空舱，让猫在太空舱内下落。当猫试图转动尾巴翻身的时候，并没产生效果，而是像失去了控制一样往下坠落。
不过，当猫拱起背部翻身时，有趣的事情发生了。此时它会收起前爪，加快脊柱的旋转，这跟花样滑冰运动员旋转一个道理，猫通过踢后腿和旋转臀部来增加转动惯量，并阻碍前半身的转动。由于前后两半身的转动方向相反且力度相等，使得两个力矩相互抵消，并不违反角动量守恒定律。
就这样，猫在整个下落的过程中，最初从头部开始转动，让身体慢慢翻转过来，然后伸展四肢，准备以四脚着地。这一系列动作都是由猫的快速神经反射决定的，这种反射叫做“空中翻正反射”，此反射能让猫在1秒钟不到的时间里快速翻转身体，最后以四脚着地。
当然了，你也不能让猫下落的高度太低，要保证下落高度能让猫在空中运动至少1秒钟，不然它就没有充足的时间来调整身体着地的姿势，从而你就会看到它在落地时身体并不稳定，而是踉踉跄跄。原来，猫总能以四脚着地，背后是生理机制和物理规律在起作用。
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