Prvú vážnejšiu diskusiu na túto tému urobil J. C. Maxwell (1831 - 1879). S Mareyovými fotografiami sa objavilo aj vysvetlenie pádu mačky. Vychádzalo z toho, že pohyby niektorých časti tela, najmä chvosta v odporujúcom prostredí vo vzduchu sú tie vonkajšie sily, ktoré otáčajú mačku. Problém vznikol vtedy, keď Sa ukázalo, že mačka bez chvosta skáče na nohy rovnako bezchybne. Aj sami sme sa o tom presvedčili. Ukázalo sa teda, že chvost nie je najdôležitejší pre rotáciu. Mareyova kamera urobila 60 obrázkov za sekundu. Väčšina vtedy žijúcich fyzikov nechcela dôkazu, faktu veriť. S Mareyom súčasne publikoval svoju prácu aj fyzik M. Guyou, ktorý zdôvodňuje možnosť vzniku rotácie asi takto: „Ak mačka usporiada svoje jednotlivé Časti tela tak, že momenty zotrvačnosti prednej a zadnej časti budú rozdielne, potom môže jedna vzhľadom na druhú rotovať bez toho, žeby bol zvonku dodaný impulz."
PRÁCE Mc.DONALDA
Až v šesťdesiatych rokoch náš-ho storočia najmä práce dr. Mc.Donalda priniesli mnoho nového v skúmaní javu. Hoci ako fyziológa ho zaujímali predovšetkým problémy vlastného vedného odboru, snažil sa riešiť aj fyzikálne problémy javu, ktoré sa aj jemu zdali zaujímavejšie. Pri filmovaní použil rýchlo-frekvenčnú kameru s frekvenciou 1500 obrázkov za sekundu. Mačka sa totiž pri páde z polohy „hore nohami" otáča veľmi rýchlo (0,12 až 0,13 s) a u bežných kamier vzniknú rozmazané obrysy tela. Pri experimentoch mačku hádžu spravidla hore nohami z výšky asi 1,5 metra. Mačka sa otočí na úseku prvých 20 až 30 centimetrov. Potom letí v polohe s nohami nasmerovanými k zemi pripravená na pristátie. O jej rýchlom otáčaní sa môžeme presvedčiť tak, že ju obrátime hore nohami a pustime z výšky 20 až 30 centimetrov. S istotou sa otočí a dopadne na nohy. Mc.Donald uvádza, že už 3 až 4 -týždňové mačiatka dokážu spoľahlivo skákať a otáčať sa závisí to od sily svalov. Tvrdi však, že skúsenosť mačky je tiež dôležitá. Ak mačka „trénuje", alebo ak ju často nútime takto skákať, perfektne to zvládne. Mačka zvládne svoje otočenie hlavne preto, že je vzhľadom na svoju hmotnosť aj nadmieru silná. Pripomíname, že napríklad aj zajac sa dokáže otočiť. Mc.Donald uvádza, že mačka bez znepokojenia dokáže skočiť z výšky 3,5 metra. Z akej výšky dokáže sama skočiť zo strachu alebo za korisťou, ťažko povedať. Stretli sme sa s názorom, že mačke sa nemôže nič stať pri zoskoku z ľubovoľnej výšky. Pri našich experimentoch nám mačka zo-skočila (spadla) z výšky 30 metrov, a nič sa jej nestalo. Samozrejme, robiť takéto pokusy je prinajmenšom „necitlivosť"! Z fyziky vieme. že ak na teleso pôsobí stála sila, v našom prípade gravitačná, potom rýchlosť sa neustále zväčšuje. Našťastie je tu aj odpor vzduchu, sila opačného smeru, ktorá s rýchlosťou padajúcej mačky (alebo parašutistu) sa zväčšuje, až v istom okamžiku nastane rovnováha týchto sil gravitačnej a odporu prostredia — a teleso sa pohybuje rovno-merne s konštantnou rýchlosťou. Zistilo sa, že mačka pri voľnom páde po nadobudnutí spomínanej rovnováhy sil padá s konštantnou rýchlosťou okolo 18 m/s. Naproti tomu človek letí rýchlosťou o nie-čo väčšou než 50 m/s. Vidíme, že je tu pomerne veľký rozdiel. Dá sa to nejako zdôvodniť? Podľa našich znalostí neexistujú o tom štúdie, ale dá sa vysvetliť, prečo sa tak deje. Mačka sa totiž v priestore dokáže mnohokrát rýchlejšie a účelnejšie orientovať ako človek. Z toho vyplýva: že sila odporu prostredia smerujúca proti pohybu závisí od tvaru pohybujúceho sa telesa, čo vo fyzike vyjadrujeme bezrozmernou konštantou. Mačka po uvoľnení padá, hneď sa otáča a „hľadá" vhodnú polohu tela. (Plocha tela, na ktorú naráža vzduch, je čo najväčšia a obtekanie jej tela čo najpomalšie.) Skúsme vytipovať orgány, pomocou ktorých by sa mohla mačka orientovať v priestore. Mohli by to byť: 1. zrakový orgán, 2. sluchový orgán, 3. spojenie zraku a sluchu, 4. hmatový, dotykový orgán (napr. tlak vzduchu na kožušinu), 5. fúzy mačky, ktoré vraj pracujú ako radar, 6. iné, vrátane ďalšieho neznámeho zmyslu. Podľa Mc.Donalda oči, ktoré registrujú horizont, sú veľmi dôležitým orgánom pri orientácii zvierat v priestore. Vo vnútornom uchu je zasa vestibulárny orgán skladajúci sa z dvoch časti (jednou je skupina troch semicirkulárnych kanálov položených v troch rovinách, a druhý sa volá otholith organotolity vnútro ušné kamienky, súčasť polohového orgánu). Podľa Mc.Donalda otolity nám hovoria o smere, v ktorom pôsobí gravitácia. Ak mačke zalepíme oči, dokáže sa pomocou tohto orgánu otočiť (pomalšie ako keď má oči otvorené). Teda oči a otolity sú podľa Mc.Donalda podstatné pre otočenie. No pri experimente môže dat informáciu o smere tiaže aj tlak na chrbát, ak držíme mačku v počiatočnej polohe. Mc.Donaldovi sa podarilo zohnať mačku s vrodenou hluchotou. Mačka nemala celé vnútorné ucho, teda aj s vestibulárnym orgánom a dokázala sa normálne otáčať. Keď jej zastreli oči, mačka padala v tej istej polohe, ako keď ju pustili. Z toho usudzujeme, že oba orgány - oči aj vestibulárny orgán — sú rozhodujúce (schopnosť otáčať sa). Nechceme vniesť pochybnosti do výskumov dr. Mc.Donalda, ale sami sme uskutočnili experiment, pri ktorom sme mačku vložili do veľmi ľahkého "puzdra" z polyesteru tak, nemohla pohybovať iba končatinami a hlavou. Oči a sluch sme nevyradili z činnosti. Pokus bol prekvapujúci: mačka vôbec nereagovala na to, že padá. Stretli sme sa aj s názorom, že konce fúzov mačky sú akýmsi radarom, pomocou ktorého sa mačka orientuje. Keď sme jej ich odstránili, (ak by Vás napadlo experimentovať, poproste o pomoc zverolekárov), ukázalo sa, že nemajú vplyv na schopnosť otáčať sa.
AKO VLASTNE PADÁ MAČKA?
Hoci sa do výskumov pádu mačky vložilo dosť peňazí, mačací fenomén nie je v svojej celej šírke objasnený. Experimentálne sa jednoznačne zistilo, že rotácia môže začať v čase pádu mačky, teda v bez oporovej fáze, bez účinku vonkajšej sily, presnejšie momentu sily. Z hľadiska súčasnej klasickej mechaniky to nie je možné. Znamená to, že neexistuje žiadne fyzikálne vysvetlenie javu? Nie, existuje, ale ako sa zdá, nie sme s nim celkom spokojní. Krátko nadviažeme na históriu. Už v roku 1907 ruský inžinier Kirpičev podáva nové vysvetlenie na základe zákona zachovania plôch. K problému pádu mačky sa ešte vrátili aj daľši vedci. Obrat nastal až v r. 1955 v prácach Mc.Donalda a neskôr vo výskumných prácach, ktoré viedol profesor aplikovanej mechaniky Kane. Kane vychádza z troch predpokladov, ktoré pre naše potreby zhrnieme takto: trup mačky sa len ohýba, ale predná a zadná čast trupu nerotujú proti sebe. Keď experimentátor drží mačku v rukách, táto je najprv ohnutá vpred, po uvoľnení sa ohýba na jednu stranu, ďalej dozadu, potom na druhú stranu a nakoniec vpred.
Mc.Donald popisuje vznik rotácie trocha inak: mačka najprv rotuje prednú čast tela a zadná zostáva v pôvodnej polohe. Po vytočení prednej časti o 180 začne rotovať zadná čast, pričom sa súčasne ohýba. Chvost rotáciu dokončuje (obr. 1). Keď si všimneme oba popisy, vidíme tu isté rozdiely. Podľa Kaneho predná čast tela sa nekrúti proti zadnej, podľa Mc.Donalda sa krúti. Z nafilmovaných materiálov oboch autorov vyplýva, že mačka po uvoľnení začne najprv vytáčať prednú čast trupu a hlavu smerom k zemi. Pri pohľade zozadu vidno, ako v priestore začne rotovať chvost a zväčši sa aj plocha viditeľných časti tela. Nie je správny ani názor, že predná čast tela sa otočí o celých 180 oproti zadnej a až potom začne rotovať zadná čast tela. Posledné dve desaťročia vo vývoji matematiky a fyziky sú poznačené zvýšeným záujmom o mechaniku. Problémy modernej fyziky, hlavne kvantovej fyziky a teórie relativity, na 50 rokov od prelomu storočí odsunuli záujem prírodovedcov o mechaniku. Tak sa „nakopilo" veľa ťažkých, nevyriešených problémov aj v mechanike. Jedným z nich je aj mačací fenomén, ktorým sme sa za spolupráce M. Kropoka, vtedy ešte vysokoškoláka a chlapcov z matematicko-fyzikálneho krúžku, sme sa zamerali na zistenie kinematických zákonitosti pádu mačky. Vychádzali sme z experimentálneho filmového materiálu, ktorý sme získali pomocou filmovacej kamery, mechanického a elektrického stroboskopu a z ďalších spomínaných materiálov.
Skonštruovali sme kinematický reťazec pádu mačky, t. j. vo vhodne volených fázach pádu, označených A, B, C, D, E, F sú zachytené polohy jednotlivých častí tela — článkov biomechanického reťazca (obr. 2). Pre lepšie vysvetlenie zmien vzájomných polôh článkov reťazca sme jednotlivým častiam tela priradili tieto čísla článkov: 1 — hlava, 2 — ľavá predná noha, 3 — pravá predná noha, 4 — napojenie predných končatín na chrbticu, 5 — stred chrbtice (bedrové stavce), 6 — napojenie zadných končatín na chrbticu (krížová kosť), 7 — chvost, 8 — ľavá zadná noha, 9 — pravá zadná noha. Mačku držíme tak, že telo a končatiny vytvárajú ležaté písmeno C s chvostom vo „vnútri". Teda voľný pád mačka začína chrbtom dole — poloha A. Hneď po uvoľnení prejde chvost z „vnútornej" polohy do „vonkajšej" so súčasnou rotáciou do jednej strany. Predná čast tela sa začne vytáčať oproti chvostu a zadnej časti trupu na opačnú stranu — poloha B. V polohe C už jasne vidíme, že predná čast trupu je vytočená oproti zadnej a chvost pokračuje v protirotácii. Okamžite od uvoľnenia sa telo otvára — písmeno C a „vyrovnáva sa". V polohe D sa telo v páse prehne na druhú stranu, predná čast tela a chvost pokračujú v svojej doterajšej rotácii a dolné končatiny začínajú smer rotácie, teraz už zhodný s prednou častou trupu. Mačka zrýchľuje otáčanie zadnej časti trupu, ohýba sa v páse na opačnú stranu (poloha E) a snaží sa zaujať „pristávaciu" polohu — E. Ak zostrojíme kinematický reťazec pádu mačky podľa experimentálnych materiálov, ktoré získala pri výskumoch v NASA skupina prof. Kaneho, prichádzame k uzáveru, že títo výskumníci nemajú celkom pravdu, keď tvrdia, že predná a zadná čast trupu nerotujú (nestáčajú sa) — jedna vzhľadom na druhú. Práve "ich" obr. 3 nás o tom presviedča. Aj dr. Mc.Donald trocha nadniesol svoje tvrdenie, že sa obe časti pootočia o priamy uhol. Toto relatívne pootočenie je dosť individuálne a leží v intervale uhlov od 60 do 120 . Veda sa v súčasnosti dostáva do akéhosi zvláštneho štádia. Jedno hradisko je také, že špecializácia vedca je príliš úzka, ale súčasne vedec má mat dostatočne veľký rozhľad všeobecný. I Je to dialektické protirečenie. Vedné odbory sa prelínajú. Aj náš jav „miňau-mňau", ako ho nazval istý sovietsky časopis, patri do medzi odborovej disciplíny — biomechaniky, ktorá prostriedkami mechaniky, pomocou jej pojmov a zákonov sa snaží popisovať mechanický pohyblivých sústav (človeka, zvierat, atď.). Práve v týchto vznikajúcich medziodborových vedeckých disciplínach vzniká otázka, aké majú byt pojmy a zákony nového odboru. Treba prijať základné zákony z jedného aj z druhého odboru a vytvoriť akýsi „súčet" zákonov pre nový vedný odbor, alebo vytvoriť celkom nové, principiálne odlišné zákony? No len overenie tých alebo oných teórií v praxi o tom rozhodne.
Zdroj: Časopis Elektrón
