Vì sao khi bị ngã từ trên cao, mèo vẫn bình yên rơi xuống đất?

Mèo có một bản lĩnh làm cho người ta hết sức kinh ngạc: khi ngã từ trên cao xuống, chẳng những nó không bị dập chết, mà còn có thể bình yên rơi xuống đất, bốn chân tiếp đất an toàn. Tuyệt kĩ của nó là lộn thân mình trên không. Bạn xem này, khi vừa mới rơi xuống, sống lưng của nó còn hướng xuống, bốn chân chổng lên trời, thế nhưng ngay trong khoảnh khắc rơi đó, nó đã chuyển thành lưng hướng lên trên, chân chĩa xuống đất, cộng thêm cặp móng vuốt có lớp đệm thịt khá dày và eo chân rất co giãn của nó, tất nhiên nó có thể “an toàn tiếp đất” một cách bình yên.

Ngay từ cuối thế kỉ XIX đã có một nhà vật lí cảm thấy rất hứng thú đối với tuyệt kĩ lộn thân mình trên không của mèo. Ông dùng máy ảnh tốc độ nhanh chụp lại toàn bộ quá trình rơi xuống của mèo, phát hiện khi rơi, mèo chỉ cần 1/8 giây là lộn được thân mình ngay. Chúng ta biết rằng, nếu không có tác động của momen ngoại lực, vật thể ban đầu không xoay thì sẽ không xoay. Mèo khi bắt đầu rơi không xoay, lại không chịu tác động của momen ngoại lực trong quá trình rơi, lẽ ra nó phải giữ nguyên tư thế đó một mạch cho tới đất. Vậy thì mèo đã hoàn thành động tác lộn thân mình trên không như thế nào? Có người cho rằng trong quá trình rơi xuống, nhờ quật nhanh cái đuôi về một phía mà mèo xoay lộn được thân mình. Do nguyên lí bảo toàn động lượng góc trong cơ học, khi mèo quật đuôi về bên này thì thân mình của mèo sẽ lộn nhào qua hướng bên kia. Nhưng thông qua tính toán, người ta phát hiện, nếu mèo chỉ dựa vào quật đuôi để lộn thân mình trên không, thế thì trong thời lượng 1/8 giây, ít nhất mèo phải quật đuôi vài chục vòng mới đủ. Điều đó há chẳng phải tương tự như cánh quạt của máy bay hay sao?

Một số nhà vật lí vừa chụp ảnh lại vừa ghi hình và đưa ra mô hình về mặt lí thuyết, dùng máy tính điện tử tiến hành tính toán. Kết luận rút ra là: trong quá trình rơi, mèo thông qua cột sống của nó lần lượt vặn cong về các phía để thực hiện việc xoay chuyển thân mình. Nhìn vào hình vẽ chúng ta có thể thấy: khi hai tay nắm tứ chi của mèo buông ra, động lượng góc của mèo bằng không. Trong quá trình rơi, mặc dù mèo chịu tác động của trọng lực, song do trọng lực tác động lên khối tâm nên momen ngoại lực bằng không. Vì vậy, ở bất kì thời điểm nào trong quá trình rơi của mèo, động lượng góc đều được duy trì bằng không. Khi từ trên cao rơi xuống, mèo sẽ xoay mình theo bản năng. Khi ấy, đuôi của mèo sẽ giương ra và quật về hướng ngược lại để duy trì tổng động lượng góc của mèo bằng không. Do cột sống của mèo tương đối linh hoạt, khi xoay chuyển thân mình, nó còn có thể cho thân mình và tứ chi co lại, duỗi ra một cách tài tình, điều tiết sự phân bố khối lượng toàn thân, duy trì động lượng góc bằng không, nhằm đạt tới mục đích xoay mình lại.

Trong các cuộc thi thể thao và nhảy cầu ván xuống nước, các vận động viên phải hoàn thành các loại động tác cực kì khó: lộn người cộng với quay mình trên không trong vài giây đồng hồ ngắn ngủi sau khi tung lên cao. Tuy những động tác đó phức tạp hơn nhiều so với việc lộn thân mình của mèo, song nguyên lí cũng na ná như thế, giống nhiều khác ít. Các phi công Vũ trụ khi đang du hành, do ở vào trạng thái mất trọng lượng, thân mình lơ lửng trên không, cũng phải học tập kĩ thuật của mèo lộn mình, dùng các cách thức như vậy để hoàn thành một loạt động tác tiến tới, lùi lại, xoay người, v.v.

Từ khóa : Mèo xoay mình trên không; Nguyên lí bảo toàn động lượng