Gatto che cade come si raddrizza
La fisica è sorprendente se applicata al gatto: conoscete tutti il meccanismo secondo cui un gatto si raddrizza quando cade dall’alto? Vediamo assieme perché i gatti cadono sempre in piedi, con l’aiuto di un fisico, Gregory G. Gbur e del suo libro “Perché i gatti cadono sempre in piedi e altri misteri della fisica”.
Gli scienziati non sono immuni dal fascino seducente e distaccato del gatto domestico. Certo, Erwin Schrödinger potrebbe essere accusato di crudeltà sugli animali per il suo famoso esperimento mentale, ma Edwin Hubble aveva un gatto di nome Copernico, che mentre lavorava si distese sui fogli sulla scrivania dell’astronomo, facendo le fusa soddisfatto. Un gatto siamese di nome Chester è stato persino elencato come coautore (F.D.C. Willard) con il fisico Jack H. Hetherington in un articolo di fisica a bassa temperatura nel 1975, pubblicato su Physical Review Letters. Quindi forse non sorprende che ci sia una lunga e ricca storia, che abbraccia circa 300 anni, di scienziati che meditano sul mistero di come un gatto che cade in qualche modo riesce sempre ad atterrare in piedi, un fenomeno noto come il “giro di gatto”.
“Il gatto che cade è spesso una sorta di area marginale nella ricerca”, ha detto ad Ars il fisico e amante dei gatti Greg Gbur. “I gatti hanno la reputazione di essere dispettosi e ma ben presenti nella storia. I gatti sbucano dove meno te lo aspetti. Riescono a causare molti problemi nella storia della scienza, così come nelle mie ricerche personali. Dico spesso che i gatti sono più intelligenti di quanto pensiamo, ma meno intelligenti di quanto pensano.” Professore all’Università della Carolina del Nord, Chapel Hill, Gbur dà un resoconto vivace e divertente di quella storia nel suo recente libro, Perché i gatti cadono sempre in piedi e altri misteri della fisica.
Perché i gatti cadono sempre in piedi
Nel corso dei secoli, gli scienziati hanno offerto quattro ipotesi distinte per spiegare il fenomeno. C’è il modello originale “piega e scalcia“, in cui il gatto tira una serie di zampate in modo da poter ruotare diverse sezioni del suo corpo. Il fisico del diciannovesimo secolo James Clerk Maxwell ha offerto una spiegazione chiamata del “pattinaggio artistico in caduta“, per cui il gatto modifica il suo momento angolare tirando o estendendo le zampe secondo necessità. C’è poi il “piega e gira“, in cui il gatto si piega all’altezza della vita per controbilanciare e allineare i due segmenti del suo corpo. Infine, c’è la “coda ad elica“, in cui il gatto può invertire la rotazione del suo corpo ruotando la coda in una direzione come un’elica. Un gatto molto probabilmente impiega alcuni aspetti di tutti questi metodi mentre cade, secondo Gbur.
Gbur è però attento a dare un consiglio a chiunque stia considerando di fare i propri esperimenti felini: “Per favore, non lasciar cadere i tuoi gatti!”, neanche in nome della scienza.
- Gbur, Gregory J. (Autore)
Greg Gbur racconta: È iniziato tutto con il mio amore per la scienza e scrivendo su di essa sul mio blog. Un giorno, mentre stavo sfogliando vecchie riviste scientifiche, mi sono imbattuto in un articolo del 1894 con fotografie di un gatto che cadeva atterrando sui suoi piedi. Ho scritto un post sul blog a riguardo. Ma non ero completamente soddisfatto della spiegazione e mi sono reso conto che c’erano più documenti sull’argomento. Ogni volta che facevo una ricerca, trovavo un altro articolo che offriva un’altra prospettiva sul problema. Anche nelle ultime settimane di scrittura del libro, ho continuato a imbattermi in piccoli documenti che mi hanno dato una visione un po’ diversa della storia. Era sorprendente quanti documenti ci fossero sul problema della caduta del gatto. Più guardi, più trovi persone incuriosite da come un gatto atterra sui suoi piedi. Sembra un problema facilmente risolvibile.
Sicuramente uno dei problemi era che la fotografia non era ancora stata inventata, in particolare la fotografia ad alta velocità. Maxwell ha svolto le sue indagini preliminari sull’argomento, ma ha sottolineato che quando si lascia cadere un gatto da circa due piedi, può ancora atterrare sulle zampe, anche se lo si lascia cadere a testa in giù. È un periodo di tempo davvero breve. L’occhio umano semplicemente non può cogliere il movimento. Quindi era un problema che non era in gran parte risolvibile fino a quando la tecnologia non era lì per fare fotografie ad alta velocità.
Étienne-Jules Marey ha realizzato le prime fotografie ad alta velocità della caduta. Stava facendo una serie di fotografie ad alta velocità di diversi animali per la sua ricerca, che era studiare le creature viventi in movimento. Ha presentato delle immagini di un gatto che cade e ha davvero scioccato la comunità scientifica. Uno dei membri all’incontro in cui sono state presentate le fotografie, ha detto (parafrasando): “Questo giovane Marey ci ha presentato un problema che sembra andare contro le note leggi della fisica”.
I movimenti che sono raffigurati nelle fotografie sono piuttosto complicati. La spiegazione data all’inizio sembrava parte della verità, ma incompleta. Era abbastanza buona da convincere i fisici che un gatto non stava violando le leggi della fisica, ma non era abbastanza buona da convincere tutti che era la spiegazione giusta, o la spiegazione completa.
Quindi qual è la migliore spiegazione che abbiamo finora su come un gatto può girarsi, cadere e atterrare sui suoi piedi?
Gbur: Questo è parte del motivo per cui è stata una tale sfida: tutti questi diversi movimenti giocano un ruolo. Se stai guardando una serie di fotografie o un video di un gatto che cade, diventa quasi un problema psicologico. In persone diverse, la loro attenzione sarà attratta da diversi aspetti del movimento. Ma il più importante è un movimento di piegamento e torsione. Il gatto si piega a livello della vita e controruota la metà superiore e inferiore del suo corpo per annullare i due movimenti. Questo sembra essere l’aspetto fondamentale del modo in cui un gatto si gira per cadere in piedi. Ma ci sono anche tutte delle piccole correzioni: anche l’uso della coda o l’uso delle zampe per una leva aggiuntiva hanno un ruolo. Quindi la spiegazione fondamentale si riduce essenzialmente a piegarsi e torcersi, ma poi ci sono tutte queste piccole correzioni extra.
Parte del mistero legato a questo movimento di un gatto che cade dall’alto è che ogni gatto può fare le cose in modo leggermente diverso, perché sono creature viventi e differenti. Ci sono gatti più pesanti e gatti più leggeri, gatti più lunghi e gatti più corti. Ognuno di loro può torcersi e piegarsi e piegare e girare in modo leggermente diverso.
Se guardi i video di gatti che cadono, vedrai che molti di loro usano la coda per girarsi. Ma sappiamo anche che i gatti senza coda possono girarsi agevolmente. Quindi, da un punto di vista fisico, il problema ha raggiunto un livello in cui i dettagli dipendono dal gatto specifico. Ci sarà ancora da studiare e se ne discuterà ancora. Penso che molti fisici non si rendano conto di quanto sia complicato il problema e spesso cercano solo un’unica soluzione semplice. I fisici hanno l’istinto di cercare soluzioni semplici, ma la natura è sempre alla ricerca della soluzione più efficace. E questi due approcci non sono sempre gli stessi.
Si è cercato di riprodurre il movimento di raddrizzamento di un gatto che cade con la robotica. Possiamo sicuramente creare un robot che possa capovolgersi in questo modo, nel modo più efficace di un gatto, un robot che, se lo lasci cadere a testa in giù, può atterrare con il dorso verso l’alto, ma un gatto può capovolgersi e atterrare con il dorso verso l’alto indipendentemente da come è iniziata la caduta: che sia capovolto, che stia girando, che sia di lato. C’è un video clip di un gatto che salta per afferrare un giocattolo e finisce per capovolgersi parzialmente mentre salta. E fa più salti e giramenti e riesce comunque ad atterrare ancora in piedi. Questo è il genere di cose che penso che nessuno sia ancora riuscito a far fare a un robot: “Ehi, lancerò questo robot in aria con qualsiasi tipo di movimento rotatorio che voglio, e tuttavia, lo farò atterrare perfettamente in piedi.” Non è ancora possibile.
Gbour parla anche di un articolo del 2003 del filosofo della fisica Robert Batterman, in cui esamina i gatti che cadono in termini di fasi geometriche, che a loro volta si collegano al pendolo di Foucault. L’idea di base è che ci sono molti problemi di fisica in cui puoi adattare lo stesso sistema. Inizi con il sistema e una condizione e lo riporti alla sua condizione originale attraverso qualche cambiamento di comportamento. Ma comunque si finisce con un comportamento diverso da quello iniziato. Il gatto che cade è un buon esempio. Il gatto può iniziare la caduta a testa in su con la schiena dritta e finisce con il dorso in alto con la schiena dritta. Anche se è attorcigliato e ruota lungo il percorso, finisce di nuovo con una schiena dritta, ma ora è ruotato di 180 gradi.
Il pendolo di Foucault è un pendolo che oscilla sulla terra, passa un giorno intero e la terra ha fatto una rivoluzione completa. Quindi il pendolo è spazialmente indietro da dove è iniziato il movimento del giorno precedente, ma sta oscillando in una direzione diversa. La cosa davvero notevole è che la matematica è strutturalmente simile per tutti questi diversi problemi. Quindi, se capisci il problema del gatto che cade, capisci un po’ del pendolo di Foucault e di come funziona. Batterman lega anche i gatti che cadono alla luce polarizzata e al campo elettrico parallelo come manifestazioni della fase geometrica in fisica.
La questione è molto interessante, ed anche il libro di Gbour, che ci mostra come la fisica sia molto collegata a tutto ciò che ci succede intorno e come i gatti possono offrire spunti di studio per fenomeni ancora poco compresi. Pare comunque che un gatto riesca a sfruttare la sua capacità di girarsi e cadere in piedi solo a determinate altezze: altezze superiori sono troppo pericolose, altezze inferiori non gli consentono di fare in tempo a raddrizzarsi. L’importante è non provare a casa a capire come cade un gatto dall’alto!
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