黑龙江黑河一只宠物猫意外从16楼阳台坠落,落地后竟毫发无损。猫主人称,自己从监控发现家里养的猫不见了,而且窗户大开,赶回后在楼下发现了猫咪,它一切正常。
然而查看物业监控发现,猫咪竟然曾从16楼掉下。落下时猫咪四肢张开就像降落伞一样,最后落在的绿化带里也获得缓冲。主人带猫咪检查后,医生说一切正常,连道真的不可思议。
2018年美国纽约也有报道证实,有一只猫从32楼公寓的窗户掉到坚硬的柏油路上,却幸存了下来,只在兽医那里住院两天,治疗了塌陷的肺和断裂的牙齿后,就可以回家了。
这些奇迹般的经历,常被认为是「猫有九条命」的证据。然而,猫咪坠楼绝对不是什么值得炫耀的事情。研究证明,这样的幸运背后有特别的科学道理,但也说明高楼养猫必须封窗的结论!
事实上,百年来科研人员一直试图了解猫咪惊人的生存技能。早在19世纪晚期,最初困扰物理学家的问题,并不是猫咪从令人眩晕的高度坠落。他们发现了一个特别的现象,猫咪无论从什么角度落地,都能旋转以四肢着地。
当时有一张经典图片,显示一个人抓住一只猫的腿,让它的背朝向地面。然后放手,最终猫咪正常地四肢着地,在当时看来,这似乎违背物理定律。
根据角动量守恒定律,没有自转的物体不可能在没有外力影响的情况下突然旋转。所以,正常情况下猫咪被人以这种姿势抛落,应该无法顺利转身到四足落地才对。
因此,当时坠落的猫成为吸引许多科学家的议题。其中包括以电磁学闻名的物理学家詹姆斯?克拉克?麦克斯韦。他进行了几次实验,让猫从不同的高度跌落到床上和桌上。
直到1969年,「掉猫问题」的谜题被解开。事实证明,最初人们都没有仔细观察猫咪的身体旋转细节。
猫并不是像一个圆柱体一样全身都同方向旋转。仔细观看,你会发现猫的上半身和下半身最初是反方向旋转的。因此,角动量守恒得以保持,向两个不同的方向旋转的角动量变化为零。
那么,猫咪是怎样做到最终用爪子着陆的呢?为了做到这一点,猫科动物利用经典力学的物理定律:通过将前爪靠近身体,它们减少了转动惯量。这就像像花样滑冰运动员一样,猫的上半身绕着自己的轴快速旋转。
与此同时,猫咪向另一个方向摆动后腿,产生了相反的效果,以产生尽可能大的转动惯量。
这么一来,上身旋转的角度较大,而腿部向相反方向旋转的角度较小。猫咪极其灵活的脊椎使这种运动成为可能。一旦上身旋转到正常的位置,即头部在地面上方竖直对齐时,猫就可以伸出它们的前爪,收紧自己的后腿,并且让后爪也回到正常位置。通过这种方式,猫在大部分时候都能用四肢着地,这并未违背物理定律,而是利用了所有的物理定律。
猫从多高摔落还能活下来?物理定律表明,摔得越高,冲击力越大。但是20世纪80年代的一项研究得出了不同的结论,至少对猫来说是这样。
两名纽约市的兽医记录了1984年6月至11月间总共132起猫从高楼坠落的病例,总的来说,90%的猫存活了下来。通过分析数据,他们得出了另一项令人意外的结论:伤害的严重程度增加到大约7层楼高之后,反而随着楼层增加而降低了。换句话说,对于一只猫来说,从11楼摔下来可能比从6楼摔下来受伤更轻。
猫似乎又一次打破了物理定律。物体下落的楼层越高,受地球引力加速的时间就越长。因此,它的速度应该越来越快,直到它最终撞到地面。突然的撞击将动物下落的动能转化为其他形式的能量,这可能导致骨折,肺萎陷,甚至死亡。因此,从高楼层坠落,应该比从低楼层坠落有更严重的后果。
然而,现实中猫并不是自由落体,你不能忽略空气阻力。毕竟,猫不会在真空中落到地面,而是在空气中运动,这可以减缓它们的下落速度。因此,在猫跌倒时,有两种相反的力作用在它身上,向下的重力和向上的摩擦力,这会减慢它的速度。
根据猫的横截面和重量,东南路易斯安那大学的物理学家瑞德?阿兰最终画出了一条曲线,这条曲线在开始时快速增长,然后变平并收敛到一个恒定值。
你也可以计算出这个极限速度,或者速度上限。当摩擦力正好和重力一样大时,最终速度就产生了,这两个力相互抵消,下落的物体以恒定的速度垂直落向地面。
要给出猫的极限速度的具体值,只需插入变量的数值。虽然人们可以估计猫的重量和横截面积,但阻力系数更难确定。
假设一只猫重4公斤,长50厘米,宽15厘米。其横截面积约等于0.075平方米。再用圆柱体的阻力系数cW= 0.8计算。那么猫咪的最终速度是每秒32.68米,相当于每小时不到120公里。
为了找出猫在什么高度达到这个极限速度,可以解微分方程,从而计算出撞击时的速度,作为下落高度的函数。
从图表中可以看出,猫在100米的下落高度已经达到每秒30米的速度。因为人们已经观察到猫可以从更高的建筑物上摔下来,比如从32楼肯定超过100米高度,因此,理论上猫咪可以在最高时速为120公里的撞击中幸存下来。因此,从理论上分析,猫可以从任何可以想象的高度坠落而存活。
但是这种极限速度的计算,并不能解释纽约兽医的观察结果:为什么猫从7楼或更高的地方摔下来,似乎比从更低的楼层摔下来存活率更高?
一种解释是,当猫从较低的高度坠落时,它会在短时间内失重。因此,出于本能,它会把腿伸到身下,四肢着地。然而,在较高的坠落高度,这种策略是没有用的,因为猫的体重分布不均匀,所以双腿对齐,反而会导致严重的伤害。
但是在更高的下落高度,摩擦力在下落过程中变得明显。科学家推测此时猫不再有摔倒的感觉,它的身体反而放松,不会伸腿,就像从16楼坠落的猫咪那样,他们会伸展四肢。
如此一来,「喵星人」落地时更加轻柔,重量分布更加均匀,如果还有一些花草树木的缓冲,存活几率更大。
但是对这一现象还有一个更简单的解释,这涉及「生存偏差」。即兽医的发现,可能反映了所谓的存活偏差。如果一只猫从高楼上掉下来,当场死亡,主人可能不会费心去兽医诊所。因此,未报告的死亡数字肯定远远高于医疗专业人员记录的数字。
所以,虽然猫咪理论上有从高空坠落而幸存的可能性,但同样可能从2楼摔下就出现伤亡,而这样的事例自然不会被报道,因为那太常见了。
不是每只猫的都能做到临危不乱,而且足够幸运。所以,高层养猫一定要封窗,杜绝猫咪坠楼的风险。这跟出门遛狗要牵绳一样,是养宠的基本原则。