První vážnější diskusi na toto téma učinil J. C. Maxwell (1831 - 1879). S Mareyovými fotografiemi se objevilo také vysvětlení pádu kočky. Vycházelo z toho, že pohyby některých částí těla, zejména ocasu v odporujícím prostředí ve vzduchu jsou ty vnější síly, které otáčejí kočku. Problém vznikl tehdy, když se ukázalo, že kočka bez ocasu skáče na nohy stejně bezvadně. I sami jsme se o tom přesvědčili. Ukázalo se tedy, že ocas není nejdůležitější pro rotaci. Mareyova kamera pořídila 60 obrázků za sekundu. Většina tehdy žijících fyziků nechtěla důkazu, faktu věřit. S Mareyem současně publikoval svou práci i fyzik M. Guyou, který zdůvodňuje možnost vzniku rotace asi takto: „Pokud kočka uspořádá své jednotlivé části těla tak, že momenty setrvačnosti přední a zadní části budou rozdílné, pak může jedna vzhledem ke druhé rotovat, aniž že by byl zvenčí dodán impuls."
PRÁCE Mc.DONALDA
Teprve v šedesátých letech našeho století zejména práce dr. Mc.Donalda přinesli mnoho nového ve zkoumání jevu. Přestože jako fyziologa ho zajímaly především problémy vlastního vědního oboru, snažil se řešit i fyzikální problémy jevu, které se i jemu zdály zajímavější. Při filmování použil rychle-frekvenční kameru s frekvencí 1500 obrázků za vteřinu. Kočka se totiž při pádu z polohy „vzhůru nohama" otáčí velmi rychle (0,12 až 0,13 s) a u běžných kamer vzniknou rozmazané obrysy těla. Při experimentech kočku házejí zpravidla vzhůru nohama z výšky asi 1,5 metru. Kočka se otočí na úseku prvních 20 až 30 centimetrů.Poté letí v poloze s nohama nasměrovanými k zemi připravená k přistání.O jejím rychlém otáčení se můžeme přesvědčit tak, že ji obrátíme vzhůru nohama a pusťme z výšky 20 až 30 centimetrů.S jistotou se otočí a dopadne na nohy.Mc.Donald uvádí, že už 3 až 4-týdenní koťata dokáží spolehlivě skákat a otáčet se závisí to na síle svalů.Tvrdí však, že zkušenost kočky je také důležitá. skákat, perfektně to zvládne. Kočka zvládne své otočení hlavně proto, že je vzhledem ke své hmotnosti i nadmíru silná. Připomínáme, že třeba i zajíc se dokáže otočit. Mc.Donald uvádí, že kočka bez znepokojení dokáže skočit z výšky 3,5 metru. Z jaké výšky dokáže sama skočit ze strachu nebo za kořistí, těžko říci. Setkali jsme se s názorem, že kočce se nemůže nic stát při seskoku z libovolné výšky. Při našich experimentech nám kočka seskočila (spadla) z výšky 30 metrů, a nic se jí nestalo. Samozřejmě, dělat takové pokusy je přinejmenším „necitlivost“! Z fyziky víme. že pokud na těleso působí stálá síla, v našem případě gravitační, pak rychlost se neustále zvětšuje. Naštěstí je zde i odpor vzduchu, síla opačného směru, která s rychlostí padající kočky (nebo parašutisty) se zvětšuje, až v jistém okamžiku nastane rovnováha těchto sil gravitační a odporu prostředí - a těleso se pohybuje rovnoměrně s konstantní rychlostí.Zjistilo se, že kočka při volném pádu po nabytí zmiňované rovnováhy sil padá s konstantní rychlostí kolem 18 m / s. Naproti tomu člověk letí rychlostí o ne-co větší než 50 m / s. Vidíme, že je zde poměrně velký rozdíl. Dá se to nějak zdůvodnit? Podle našich znalostí neexistují o tom studie, ale dá se vysvětlit, proč se tak děje.Kočka se totiž v prostoru dokáže mnohokrát rychleji a účelněji orientovat než člověk.Z toho vyplývá: že síla odporu prostředí směřující proti pohybu závisí na tvaru pohybujícího se tělesa, což ve fyzice vyjadřujeme bezrozměrnou konstantou. Kočka po uvolnění padá, hned se otáčí a „hledá“ vhodnou polohu těla. (Plocha těla, na kterou naráží vzduch, je co největší a obtékání jejího těla co nejpomaleji.) Zkusme vytipovat orgány, pomocí kterých by se mohla kočka orientovat v prostoru. Mohly by to být: 1. zrakový orgán, 2. sluchový orgán, 3. spojení zraku a sluchu, 4. hmatový, dotykový orgán (např. tlak vzduchu na kožešinu), 5. vousy kočky, které prý pracují jako radar, 6. jiné, včetně dalšího neznámého smyslu.. Podle Mc.Donalda oči, které registrují horizont, jsou velmi důležitým orgánem při orientaci zvířat v prostoru.Ve vnitřním uchu je zase vestibulární orgán skládající se ze dvou částí (jednou je skupina tří semicirkulárních kanálů položených ve třech rovinách , a druhý se jmenuje otholith organotolity vnitřek ušní kamínky, součást polohového orgánu).Podle Mc.Donalda otolity nám hovoří o směru, ve kterém působí gravitace.Pokud kočce zalepíme oči, dokáže se pomocí tohoto orgánu otočit (pomaleji než když má oči otevřené) Tedy oči a otolity jsou podle Mc.Donalda podstatné pro otočení. Ale při experimentu může dat informaci o směru tíže i tlak na záda, pokud držíme kočku v počáteční poloze. Mc.Donaldovi se podařilo sehnat kočku s vrozenou hluchotou. Kočka neměla celé vnitřní ucho, tedy is vestibulárním orgánem a dokázala se normálně otáčet. Když jí zastřely oči, kočka padala ve stejné poloze, jako když ji pustili. Z toho usuzujeme, že oba orgány – oči i vestibulární orgán – jsou rozhodující (schopnost otáčet se). Nechceme vnést pochybnosti do výzkumů dr. Mc.Donalda, ale sami jsme uskutečnili experiment, při kterém jsme kočku vložili do velmi lehkého "pouzdra" z polyesteru tak, nemohla pohybovat pouze končetinami a hlavou. Oči a sluch jsme nevyřadili z činnosti. Pokus byl překvapující: kočka vůbec nereagovala na to, že padá. Setkali jsme se is názorem, že konce vousů kočky jsou jakýmsi radarem, pomocí kterého se kočka orientuje. Když jsme jí je odstranili, (pokud by Vás napadlo experimentovat, poproste o pomoc zvěrolékaře), ukázalo se, že nemají vliv na schopnost otáčet se.
JAK VLASTNĚ PADÁ KOČKA?
Přestože se do výzkumů pádu kočky vložilo dost peněz, kočičí fenomén není ve své celé šířce objasněn. Experimentálně se jednoznačně zjistilo, že rotace může začít v době pádu kočky, tedy v bezopěrové fázi, bez účinku vnější síly, přesněji momentu síly. Z hlediska současné klasické mechaniky to není možné. Znamená to, že neexistuje žádné fyzikální vysvětlení jevu? Ne, existuje, ale jak se zdá, nejsme s ním docela spokojeni. Krátce navážeme na historii. Již v roce 1907 ruský inženýr Kirpičev podává nové vysvětlení na základě zákona zachování ploch. K problému pádu kočky se ještě vrátili i další vědci. Obrat nastal až v r. 2010. 1955 v pracích Mc.Donalda a později ve výzkumných pracích, které vedl profesor aplikované mechaniky Kane. Kane vychází ze tří předpokladů, které pro naše potřeby shrneme takto: trup kočky se jen ohýbá, ale přední a zadní část trupu nerotují proti sobě. Když experimentátor drží kočku v rukou, tato je nejprve ohnutá vpřed, po uvolnění se ohýbá na jednu stranu, dále dozadu, poté na druhou stranu a nakonec vpřed.
Mc. Donald popisuje vznik rotace trochu jinak: kočka nejprve rotuje přední část těla a zadní zůstává v původní poloze. Po vytočení přední části o 180 začne rotovat zadní část, přičemž se současně ohýbá. Ocas rotaci dokončuje (obr. 1). Když si všimneme obou popisů, vidíme zde jisté rozdíly. Podle Kaneho přední část těla se nekroutí proti zadní, podle Mc.Donalda se kroutí. Z nafilmovaných materiálů obou autorů vyplývá, že kočka po uvolnění začne nejprve vytáčet přední část trupu a hlavu směrem k zemi. Při pohledu zezadu je vidět, jak v prostoru začne rotovat ocas a zvětší se i plocha viditelných částí těla. Není správný ani názor, že přední část těla se otočí o celých 180 oproti zadní a teprve poté začne rotovat zadní část těla. Poslední dvě desetiletí ve vývoji matematiky a fyziky jsou poznamenány zvýšeným zájmem o mechaniku. Problémy moderní fyziky, hlavně kvantové fyziky a teorie relativity, na 50 let od přelomu století odsunuly zájem přírodovědců o mechaniku. Tak se \"nakopilo\" mnoho těžkých, nevyřešených problémů iv mechanice. Jedním z nich je i kočičí fenomén, kterým jsme se za spolupráce M. Kropoka, tehdy ještě vysokoškoláka a chlapců z matematicko-fyzikálního kroužku, jsme se zaměřili na zjištění kinematických zákonitosti pádu kočky Vycházeli jsme z experimentálního filmového materiálu, který jsme získali pomocí filmovací kamery, mechanického a elektrického stroboskopu az dalších zmíněných materiálů.
Zkonstruovali jsme kinematický řetězec pádu kočky, tzn. ve vhodně volených fázích pádu, označených A, B, C, D, E, F jsou zachyceny polohy jednotlivých částí těla - článků biomechanického řetězce (obr. 2). Pro lepší vysvětlení změn vzájemných poloh článků řetězce jsme jednotlivým částem těla přiřadili tato čísla článků: 1 — hlava, 2 — levá přední noha, 3 — pravá přední noha, 4 — napojení předních končetin na páteř, 5 — střed páteře (bederní obratle), 6 — napojení zadních končetin na páteř (křížová kost), 7 — ocas, 8 — levá zadní noha, 9 — pravá zadní noha. Kočku držíme tak, že tělo a končetiny vytvářejí ležaté písmeno C s ocasem ve „uvnitř". Tedy volný pád kočka začíná zády dolů — poloha A. Hned po uvolnění přejde ocas z „vnitřní" polohy do „vnější" se současnou rotací do jedné strany Přední část těla se začne vytáčet proti ocasu a zadní části trupu na opačnou stranu - poloha B. V poloze C již jasně vidíme, že přední část trupu je vytočena proti zadní a ocas pokračuje v protirotaci. a „vyrovnává se“. V poloze D se tělo v pase přehne na druhou stranu, přední část těla a ocas pokračují ve své dosavadní rotaci a dolní končetiny začínají směr rotace, nyní již shodný s přední častou trupu. Kočka zrychluje otáčení zadní části trupu, ohýbá se v pase na opačnou stranu (poloha E) a snaží se zaujmout „přistávací“ polohu — E. Pokud sestrojíme kinematický řetězec pádu kočky podle experimentálních materiálů, které získala při výzkumech v NASA skupina prof. Kaneho, přicházíme k uzávěru, že tito výzkumníci nemají zcela pravdu, když tvrdí, že přední a zadní část trupu nerotují (nestáčejí se) - jedna vzhledem k druhé.Právě "jejich" obr. 3 nás o tom přesvědčuje. nadnesl své tvrzení, že se obě části pootočí o přímý úhel. Toto relativní pootočení je dost individuální a leží v intervalu úhlů od 60 do 120. Věda se v současnosti dostává do jakéhosi zvláštního stádia, jedno hradiště je takové, že specializace vědce je příliš úzká , ale současně vědec má mít dostatečně velký rozhled obecný. I Je to dialektické protiřečení. Vědné obory se prolínají. pomocí jejích pojmů a zákonů se snaží popisovat mechanický pohyblivých soustav (člověka, zvířat, atd.). Právě v těchto vznikajících mezioborových vědeckých disciplínách vzniká otázka, jaké mají být pojmy a zákony nového oboru. Třeba přijmout základní zákony z jednoho iz druhého oboru a vytvořit jakýsi "součet" zákonů pro nový vědní obor, nebo vytvořit zcela nové, principiálně odlišné zákony? Ale jen ověření těch nebo oněch teorií v praxi o tom rozhodne.
Zdroj: Časopis Elektrón
