В XIX веке ученых мучил вопрос из области физики, которым, возможно, задавались и вы. Чтобы найти ответ, они взяли фотоаппарат и кота

12 октября 2024 в 1728755340
Мстислав Журавлёв / «Зеркало»

В ХIX веке ученые всерьез заинтересовались любопытной суперспособностью кошек всегда приземляться на четыре лапы. Она вызывала вопросы у физиков - как этим животным удавалось в разных ситуациях менять положение тела во время падения или прыжка. Даже высказывались предположения, что законы физики нарушаются. Загадку удалось разгадать в конце столетия, когда один ученый догадался применить необычное для исследований устройство, рассказывает проект VOX.

Этьен-Жюль Маре был ученым и изобретателем, одержимым природой движения предметов. В конце ХIX века он взял фотоаппарат и кошку, чтобы ответить на вопрос из области физики: как эти животные всегда приземляются на лапы?

В то время фототехнику использовали в основном, чтобы задокументировать статичные объекты. У Маре была другая задача - запечатлеть движение. Свои эксперименты с камерой он проводил с опорой на основной принцип фотографии: подвергая светочувствительный материал воздействию света. Также для своей цели он изобрел специальный диск со слотами. И создал серию снимков «Фотографии падающего кота».

Бросая кота вниз, он управлял светом, а когда кот в кадре двигался, Маре смог записать это движение на стеклянную пластинку.

«По факту все, что он делает, - это периодически блокирует свет. Прорезь на диске сначала открывается, затем наступает темнота, и человек движется. И так по кругу», - объясняет профессор Университета Райерсона Марта Браун.

Этот метод называется хронофотографией, и его результаты показывают то, чего человеческому глазу никогда не увидеть, - отдельные стадии движения. Когда через пару лет «Кодак» представит целлулоидную пленку, Маре кардинально переосмыслит свой фотоаппарат со слотами. И вместо стеклянной пластинки поставит рулон кассетной пленки, который перемещается между экспозициями.

«Свет - снимок - темнота - снимок - свет - темнота. Получилась настоящая кинокамера», - комментирует Марта Браун.

Создается ощущение, что кошка способна перевернуться в воздухе, предварительно ни от чего не отталкиваясь, что противоречит закону сохранения момента количества движения. Звучит жутко?

Один из законов Ньютона гласит, что объект в движении не может просто остановиться, если к нему не приложена противоположная сила. То есть в воздухе нельзя просто взять и изменить направление движения. Но со стороны переворот кошки выглядит именно так. Многие думали, что кот «жульничает», отталкиваясь от рук держащего его человека.

Маре снял множество фильмов в исследовательских целях. Он также пробовал бросать с высоты других животных, чтобы увидеть, будут ли приземляться на лапы и они. Например, кролика и курицу. Но его снимки падающих котов расставили все на свои места.

Первые несколько кадров показывают, что кот начинает вращения не с толчка, а с выгибания спины.

«Выгнув спину, он как бы делит туловище на две автономно функционирующие части: переднюю и заднюю», - объясняет Фил Кестен, доцент кафедры физики в университете Санта-Клары.

Замечали, как фигуристы поджимают руки, чтобы вращаться быстрее? Коты применяют тот же механизм. В начале падения кошка поджимает передние лапы, а задние оставляет вытянутыми, чтобы передняя часть тела вращалась быстрее, при этом задняя была относительно неподвижной. А на полпути происходит обратное: передние лапы вытянуты, а задние поджаты, чтобы перевернуть другую часть тела.

«Заметьте, что к моменту приземления кошка максимально выпрямляет все четыре лапы, что может указывать на намерение замедлить вращение. Итак, кошка перевернулась, но не вся разом: каждая часть тела работает независимо от второй и отзеркаливает ее», - говорит Кестен.

Чтобы развернуть каждую часть своего тела, кот использует инерцию собственного веса. Причем они уравновешивают друг друга, поскольку каждая часть поворачивается по отдельности и в противоположных направлениях. Выходит, кот не нарушает закон Ньютона.

Свои открытия Маре опубликовал в журнале Nature в 1894 году, став первым, кто решил задачу падающей кошки. Его работы - ранний пример использования фотографии для научных открытий.