שלום יסכה,

ראשית אני 'אחטא' לשאלה המקורית ואנסח אותה מחדש; שכן השאלה המעניינת היא איך נופל החתול תמיד על רגליו ולא מדוע. מדוע? כי זה ככל הנראה יותר בריא לחתול :-) איך? זו שאלה מעניינת שמערבת מספר תחומים.

אבל לפני שניגע בפיסיקה והפיסיולוגיה, חשוב להפריך את המיתוס שכל החתולים יוצאים תמיד בשלום מנפילות. חתולים רבים נפצעים, שוברים עצמות ואף מתים אחרי נפילות. מחקר שנערך ב-1987 באגודה האמריקאית לרפואה וטרינרית וכלל 132 חתולים שהובאו לבית חולים לחיות בניו-יורק לאחר נפילות, הראה שכמות וחומרת הפציעות גדלו ככל שגובה הנפילה עלה.

נפתח בהסבר הפיסיולוגי: לחתולים רפלקס המכונה "רפלקס ההתיישרות". רפלקס זה קיים אצל חתולים מגיל 3-4 שבועות ומפותח לחלוטין בגיל 7 שבועות. הרפלקס נתמך על-ידי כך שלחתול עמוד שדרה גמיש במיוחד וכן יש לו רק שריד מנוון וקטן של עצם הבריח clavicula (מה שגם מאפשר לחתולים להשתחל במעברים צרים). כאשר החתול נופל (מגובה מינימאלי של כמטר אחד) אז באמצעות הראייה או מערכת שיווי המשקל שלו הממוקמת ליד האוזן הפנימית (וכמעט זהה לשל אדם רק הרבה יותר רגישה), הוא יודע לקבוע איפה למעלה ואיפה למטה, ואם רגליו לא פונות מטה, הוא מתחיל בלסובב את הראש בכיוון הנכון (כאן עוזרת היעדרה של עצם בריח מפותחת). כעת על החתול ליישר את גופו, אבל לשם כך עליו להסתובב באוויר ובכך להתמודד עם שימור תנע זוויתי. לכל גוף מסתובב יש תנע זוויתי L=mvR, כאשר m היא מאסת הגוף, v היא המהירות המשיקית לסיבוב ו-R הוא רדיוס הסיבוב.

לחלק מהקוראים אולי יעזור ההסבר היותר מתמטי הבא:

חוק שימור התנע הזוויתי קובע שללא התערבות כוחות חיצוניים התנע הזוויתי נשמר קבוע. אם החתול לא מסתובב בתחילת הנפילה, המהירות המשיקית (והזוויתית) שלו היא 0 ולכן התנע הזוויתי הוא 0 וחייב להישאר כזה. כדי להתגבר על כך, החתול מקפל את רגליו הקדמיות ופורש את האחוריות. בכך, רדיוס חצי גופו הקדמי קטן בהרבה מרדיוס חציו האחורי (ובהתאם, ישנו הבדל בין מומנטי ההתמד של שני חצאי הגוף).

כעת מנצל החתול את עמוד השדרה הגמיש שלו ומסובב את חצי הגוף הקדמי בכ-90° וכדי לשמר את התנע הזוויתי חצי גופו האחורי מסתובב בכיוון הנגדי. אבל לאור ההבדלים ברדיוסים (ובמומנטי ההתמד), חצי הגוף האחורי מסתובב ממש מעט (כ-10°). בשלב הבא פורש החתול את רגליו הקדמיות ומקפל את האחוריות, מסובב את חצי הגוף האחורי בכיוון אליו סובב קודם את הקדמי והקדמי מסתובב מעט בכיוון הנגדי כדי לשמר את התנע הזוויתי.

לפי הכיוון הראשוני אליו פנה החתול ייתכן שעליו לחזור על פעולות אלה שוב עד שרגליו פונות לקרקע, ולמותר לציין שהכול קורה מאוד מהר!

כל גוף שנופל מגובה רב מספיק לעבר האדמה, יגיע למהירות נפילה סופית. הדבר קורה לאור החיכוך עם האוויר שיוצא כוח גרר הגדל עם המהירות. כוח המשיכה של כדור הארץ קבוע ולכן בשלב מסוים כוח הגרר גדל מספיק ומאזן את כוח הכובד כך שהכוח השקול על הגוף הנופל הוא אפס ולכן התאוצה היא אפס והמהירות נשארת קבועה (עד שהגוף פוגש את הקרקע). בגוף החתול היחס בין משקל לנפח הוא כזה שהחתול מגיע למהירות סופית כבר מגובה יחסית נמוך (נניח מעל 7 קומות) ולכן יש לו די זמן לפרוס את רגליו ולמתוח את עורו (כמו סנאי מעופף) וכך להאט את מהירות הנפילה ולמזער את הפגיעה.

מספר סרטונים מדהימים שמראים כיצד החתול "עושה" את זה:
- סרטון עם הסבר של נשיונאל גאוגרפיק.
- סרטון של רגעי הנחיתה.

מאת: גיא רוזנצוויג
המחלקה לפיסיקה של חלקיקים
מכון ויצמן למדע

הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה תמיד מתקבלות בברכה.