Miksi kissat selviävät korkeista pudotuksista? Hidastus paljastaa niiden “superlaskeutumisen” fysiikan!
Olen tiedevalmentaja Ken Kuwako. Jokainen päivä on kokeilu.
Miksi kissa pystyy laskeutumaan niin sulavasti, vaikka hyppäisi kuinka korkealta? Ikään kuin ne eivät tuntisi painovoimaa lainkaan. Britannian BBC selvitti tämän salaisuuden superslow-motion-kameran avulla. Kameran paljasti hämmästyttävää ”fysiikkaa”, joka on täysin erilaista kuin ”tavallinen” hyppy, jonka yleensä näemme.
Katso ehdottomasti tämä video. Se näyttää yhdellä silmäyksellä, kuinka mestarillisia kissat ovat laskeutujina.
Mitä pidit? Aika huikeaa, eikö? Löysin tämän artikkelin Lifehackerin tekstistä: ”Syy siihen, miksi kissa laskeutuu aina jaloilleen, vaikka putoaisi korkealta”.
Videolta näkee, kuinka taitavasti kissa käyttää vartaloaan ”vaimentamaan iskun” laskeutuessaan. Mutta mitä ”iskun vaimentaminen” oikein tarkoittaa fysiikan näkökulmasta?
Tänään pureudutaan tähän kissan supertekniikkaan lukion fysiikan käsitteiden, ”liikemäärän” ja ”impulssin”, kautta!
Lukion fysiikalla selitys kissan ”superlaskeutumiselle”!
Fysiikassa liikkuvan esineen ”vauhti” ilmaistaan termillä ”liikemäärä”. Se määräytyy kaavalla ”massa × nopeus”. Korkealta putoavalla kissalla on juuri ennen maahan osumistaan suuri ”liikemäärä”.
Laskeutuminen tarkoittaa sitä, että tämä ”liikemäärä” muutetaan hetkessä ”nollaksi”.
Esineen pysäyttämiseen (eli liikemäärän muuttamiseen) tarvitaan ilmiötä nimeltä ”impulssi”. ”Impulssi” lasketaan kaavalla ”voima × aika”.
Jos merkitään F:llä voimaa, jonka kissa saa maasta, ja t:llä aikaa, jonka sen jalat ovat kosketuksessa maahan, saadaan seuraava yhteys:
mv − Ft = 0
(Alkuperäinen liikemäärä) − (Impulssi) = (Loppuliikemäärä. Nolla, koska kissa pysähtyi)
Kun tämä muunnetaan, saadaan:
Ft = mv
(Impulssi = Alkuperäinen liikemäärä)
Tämä on se kaikkein tärkein seikka. ”Liikemäärää (mv)”, jonka kissan on muutettava turvallista laskeutumista varten, ei voi muuttaa, koska se on jo määräytynyt putoamiskorkeuden mukaan. Mitä tapahtuu, jos kissa laskeutuukin kolahduksella! eli lähes välittömästi (jolloin aika t olisi todella pieni)? Koska ”Ft = (vakio liikemäärä)”, pieni t tarkoittaa, että jalkoihin kohdistuva voima F kasvaa aivan valtavaksi. Tämä on se ”isku”, joka voi johtaa pahoihin vammoihin, kuten luunmurtumiin.
Kissan nerokas tekniikka: ajan ostaminen
Mitä kissa siis tekee? Katsotaanpa hidastuskuvaa uudelleen. Kissa lähestyy maata tassut suorina.
Juju piilee siinä, että se ei pidä jalkojaan koukussa alusta alkaen. Sitten, juuri siitä hetkestä lähtien, kun tassut osuvat maahan, se alkaa hitaasti taivuttaa niveliään syvälle, kuin haitari.
Tämä ”vartalon hidas painuminen laskeutumisen jälkeen” on fysiikan näkökulmasta erittäin fiksu liike.
Tämä tekniikka on tarkoitettu pidentämään aikaa t mahdollisimman paljon, kunnes liikemäärä on nolla. Muista kaava ”Ft = (vakio liikemäärä)”. Kissa siis kasvattaa notkealla vartalollaan laskeutumisaikaa t:tä ja pienentää näin jalkoihin kohdistuvaa voimaa F:ää (jota ammattitermein kutsutaan tukivoimaksi). Juuri tässä piilee ”iskun vaimentamisen” todellinen luonne.
”Impulssin” hallintaa arjessa
Tätä samaa tekniikkaa käytetään itse asiassa lähellämme joka päivä.
Esimerkiksi kendamassa (japanilainen kuppi- ja pallopeli). Kun otat pallon kiinni kupilla, lasketko kehoasi sujuvasti alas polvia käyttäen sillä hetkellä, kun pallo osuu kuppiin? Se on myös liike, jolla pidennetään pallon pysähtymisaikaa t:tä, pienennetään kupin palloon kohdistamaa voimaa F:ää ja estetään pallon kimpoaminen. Jos taas otat pallon vastaan jäykällä polviasennolla, pallo pomppaa pois.
Kissa suorittaa tämän ”impulssin hallinnan” täydellisesti luontaisen vartalonsa ja vaistojensa avulla. On uskomatonta, kuinka tavallinen kissan hyppy onkaan täynnä näin hienostunutta tekniikkaa, kun sitä tarkastelee fysiikan silmin!
Yhteydenotot ja toimeksiannot
Tuodaan tieteen ihmeet ja hauskuus lähelle! Olen koonnut helppotajuisesti hauskoja tiedekokeita, joita voit tehdä kotona, sekä niihin liittyviä vinkkejä. Tutustu vapaasti sisältöön! ・”Tieteen Ideakirjan” sisältö on julkaistu kirjana. Lisätietoja täältä ・Tietoa ylläpitäjä Ken Kuwakosta täältä ・Erilaiset toimeksiannot (kirjoittaminen, luennot, kokeelliset työpajat, TV-konsultointi, esiintymiset jne.) täältä ・Artikkelipäivitykset julkaistaan X:ssä!
Kokeellisia videoita julkaistaan Tieteen Ideakanavalla!
