تلاش دانشمندان برای کشف راز سقوط گربه ها!

به گزارش سيناپرس به نقل از كليك،جورج گابریل استوک یک فیزیکدان و ریاضیدان ایرلندی بود که به مدت نیمی از قرن ۱۹ را در دانشگاه کمبریج، کرسی استادی ریاضی را در دست داشت. امروزه قضیه استوکس در ریاضی و فیزیک به دانش آموزان تدریس می شود.

جیمز کلرک ماکسول که معاصر با استوکس بود، یک فیزیکدان اسکاتلندی بود که پایه و اساس الکترومغناطیس را معرفی کرد که بعدها باعث ساخت تمامی دستگاه های الکترونیکی شد.

استوکس و ماکسول علاوه بر نبوغ، وجه اشتراک دیگری نیز با هم داشتند: علاقه به برعکس نگه داشتن گربه ها و زمین انداختن آن‌ها!

دختر استوکس بعدها در مورد پدرش مطالبی نوشت و توضیح داد “او بسیار علاقه مند بود. وی کلمه cat-turning را اختراع کرده بود و برای نحوه فرود گربه بر روی چهار دست و پا استفاده می کرد. حتی اگر گربه را وارونه نگه دارید باز هم موفق می شود که چرخیده و بر روی چهار دست و پا فرود آید.”

 در سال ۱۸۷۰ ماکسول نامه ای به همسرش نوشت و در مورد یک هم دانشکده ای در کالج ترینیتی حرف زد که عادت داشت گربه ها را از پنجره دانشگاه به بیرون بیاندازد تا فرود آکروباتیک آن‌ها بر روی پنجه هایشان را تماشا کند. وی نوشت “من به او توضیح دادم بهترین روش این است که آن‌ها را از روی میز یا تخت بیاندازد.”

سمت چپ: جورج استوکس و سمت راست جیمز ماکسول

آیا این افراد از سادیسم رنج می‌بردند؟ خیر. گرگ گبور، استاد فیزیکدان کارولینای شمالی در مورد آنچه اکنون با نام cat-righting شناخته می شود، توضیح داد “آن‌ها پیشگامان این علم بودند.”

هرچند این شاهکار ژیمناستیکی گربه در بالا رفتن از درختان به او کمک می‌کند، اما یک معمای پیچیده فیزیک نیز هست و طی سال‌های سال پس از استوکس و ماکسول ذهن دانشمندان و حتی ناسا را درگیر خود کرده است.

مساله این است که پرتاب گربه قوانین تکانه زاویه ای را نقض می‌کند. این قانون می گوید زمانی که یک شی می‌چرخد، شی دیگری نیز با تکانه زاویه ای برابر اما در خلاف آن در جهتی دیگر می چرخد. به عبارت ساده تر، زمانی که شما پدال دوچرخه را فشار می دهید و باعث حرکت چرخ ها می شوید، چرخ ها به سطح زمین زیر فشار آورده و نیروی مساوی در خلاف جهت به آن وارد می کنند(البته سیاره ما بزرگ‌تر از چیزی است که با فشار چرخ، بچرخد). اکنون زمانی که گربه سقوط می‌کند و چیزی نیست تا به آن فشار آورده و هیچ تکانه زاویه ای برای آغاز ندارد، اما همچنان می‌تواند بچرخد.

خم شو، بچرخ گربه!

برای مدتی طولانی این‌طور تصور می‌شد که احتمالا گربه دستانش را به چیزی فشار داده است. اما با پیشرفت علم و روی کار آمدن عکس برداری با سرعت بالا در اواخر قرن نوزدهم تغییر کرد.

اتین ژول مری، دانشمند و مهندس فرانسوی از عکاسی با سرعت بالا برای سقوط گربه استفاده کرد. وی در سال ۱۸۹۴ این توالی را در ۳۲ عکس از گربه در هوا ثبت کرد و همان سال مجله نیچر آن را به چاپ رساند. به همراه آن مقاله ای با عنوان “تصاویر غلتیدن گربه” چاپ شد. این تصاویر نمادین نشان می‌داد که گربه ابتدا پاهای جلوی خود را خم کرده و پشت خود را می‌کشد، سپس آن را تغییر می‌دهد که بتواند از اینرسی جرم خود برای تلنگر استفاده کند.

گربه ها بازوی خود را در چرخش سریع‌تر حرکت می‌دهند. زمانی که یک گربه در حال سقوط پاهای جلو اش را می‌کشد، قسمت بالای بدنش سریع‌تر از بخش پایینی بدن می‌چرخد. سپس آن را تغییر داده و بخش جلویی را آهسته تر می‌کند تا اهرمی برای چرخش پشت داشته باشد.

خم کردن و پیچ خوردن

در سال ۱۹۳۵ فیزیولوژیست های هلندی، G.G.J. Rademaker و J.W.G. Ter Braak یک رسم ریاضی از سقوط گربه انجام دادند که توضیح می داد خم شدن کمر گربه نقش مهمی را ایفا می‌کند. این رسم نشان می‌داد که بخش های جلویی و عقبی بدن گربه مانند دو بطری سیلندر مانند هستند که در دو محور با جهت مخالف می‌چرخند و در نتیجه یک حرکت زاویه ای صفر تولید می شود.

ناسا از توماس کین، مهندس دانشگاه استنفورد برای چرخش فضانوردان در جاذبه صفر درخواست کمک کرد. آن‌ها ۶۰،۰۰۰ دلار به کین کمک مالی اعطا کردند. در مقاله ای عنوان شد “گربه هابدون هیچ کمک ریاضی این کار را انجام می‌دهند. ازاین رو وی فاقد کفایت برای این کمک مالی است.”

سال بعد کین و همکارانش آزمایشی را با این عنوان منتشر کردند: “شرح دینامیکی پدیده سقوط گربه”

این تحقیقات بر روی گربه ها همچنان ادامه داشتند. در ۱۹۹۸ یک محقق ایتالیایی، گربه ای به نام استر را ۶۰۰ بار زمین انداخت تا بداند این گربه زمانی که از ارتفاع ۲ تا ۶ فوتی(۶۰ تا ۱۸۲ سانتی متری) پرتاب شود بر روی پاهایش فرود می آید  اما از یک فوتی(۳۰ سانتی متری) این‌طور نیست.(استر در این ارتفاع حدود ۱۰۰ سقوط ناموفق داشت!!).

مکانیسم چرخش گربه هنوز مورد بحث است و گبور فکر می‌کند علت آن تنها یک مورد نیست. وی می گوید “احتمالا گربه از چند مکانسیم مختلف برای چرخیدن استفاده می‌کند و فیزیکدانان ترجیح می‌دهند به دنبال ساده ترین پاسخ برای این پدیده بگردند. موجودات زنده از مواردی کاربردی استفاده می‌کند که خوب جواب می‌دهد اما الزاما ساده نیست.”

No tags for this post.