แมว กับกฎฟิสิกส์ ทำไมมันดูเหมือนฝืนแรงโน้มถ่วง
- Harry P
- 58 views
แมว กับกฎฟิสิกส์ สัตว์ที่มาพร้อมกับเสน่ห์ และปริศนา พวกมันสามารถกระโดดขึ้นที่สูง ได้อย่างเหลือเชื่อ เดินบนขอบหน้าต่างแคบๆ โดยไม่สะทกสะท้าน ทรงตัวได้ ในท่าทางที่ดูเหมือนจะเป็นไปไม่ได้ ทำให้เราอดสงสัยไม่ได้ ว่าแมวเป็นสิ่งมีชีวิต ที่เล่นกับกฎฟิสิกส์ ได้ดีกว่าเราหรือเปล่านะ
ในบทความนี้เราจะดำดิ่งลงไป ในโลกของฟิสิกส์ เพื่อไขปริศนาเบื้องหลัง พฤติกรรมแมว ตั้งแต่การกระโดด การทรงตัว ไปจนถึง การร่อนตัวกลางอากาศ และปรากฏการณ์ “แมวตกลงมายืน” (cat-righting reflex) [1]
เราจะมองผ่านเลนส์ ของกลศาสตร์คลาสสิก กฎของนิวตัน ไปจนถึงกลศาสตร์ของไหล เพื่อให้เข้าใจว่าทำไมแมว ถึงดูเหมือนสามารถฝ่าฝืน แรงโน้มถ่วงของโลกได้
แมวเป็นนักกระโดด ที่ยอดเยี่ยม และสามารถกระโดดได้สูงถึง 5-6 เท่าของความยาวลำตัวของพวกมัน ซึ่งถ้าหากมนุษย์ สามารถทำได้แบบเดียวกัน เราจะสามารถกระโดดสูงกว่า 10 เมตรเลยทีเดียว พลังงานที่แมวใช้ ในการกระโดดนั้น เกี่ยวข้องกับหลักการพื้นฐานของฟิสิกส์
ฟิสิกส์ของการกระโดด
การกระโดดของแมว เป็นตัวอย่าง ของหลักการอนุรักษ์พลังงาน และกฎของนิวตัน
จริงหรือไม่ที่แมว มีโครงสร้างร่างกาย ที่ออกแบบมา เพื่อการกระโดดโดยเฉพาะ
หนึ่งในพฤติกรรมที่น่าทึ่ง ที่สุดของแมว คือความสามารถ ในการหมุนตัวกลางอากาศ เพื่อให้ลงพื้น โดยใช้เท้ารองรับเสมอ หลักการนี้เรียกว่า Cat-Righting Reflex และมันเป็นตัวอย่างที่ยอดเยี่ยม ของกฎการอนุรักษ์ โมเมนตัมเชิงมุม [2]
ฟิสิกส์ของการหมุนตัวกลางอากาศ
ตามหลักกลศาสตร์ นิวตันเคยกล่าวไว้ว่า “เมื่อไม่มีแรงบิดภายนอกกระทำต่อวัตถุ โมเมนตัมเชิงมุมของมันจะคงที่เสมอ” และแมวก็ใช้หลักการนี้ ในการหมุนตัว โดยไม่ต้องพึ่งพาสิ่งอื่น
แมวสามารถเดิน บนราวระเบียง กำแพง หรือแม้กระทั่งเชือกบางๆ ได้อย่างง่ายดาย ซึ่งเกิดจากความสามารถ ในการควบคุมสมดุล และระบบไจโรสโคป ภายในร่างกายของพวกมัน
ความสามารถในการทรงตัวของแมว
บางครั้งเราจะเห็นแมว ที่กระโดดแล้วดูเหมือน “ลอยตัว” อยู่กลางอากาศชั่วขณะ ก่อนลงสู่พื้น จริงๆแล้วสิ่งนี้ เกี่ยวข้องกับหลักการของ กลศาสตร์ของไหล และแรงต้านอากาศ
ฟิสิกส์ของการตกอย่างนุ่มนวล
แมวสามารถกางขาออก เพื่อลดความเร็ว ขณะร่วงหล่น คล้ายกับร่มชูชีพ ทำให้มันชะลอการตก และในขนของแมว จะช่วยสร้างแรงต้านอากาศ (drag force) ซึ่งมีรายงานว่า การตกจากที่สูงระดับกลาง อาจทำให้แมว มีโอกาสรอดมากกว่า การตกจากที่สูงน้อยกว่า เนื่องจากมันมีเวลาปรับตัว [3]
สรุป แมว กับกฎฟิสิกส์ พฤติกรรมของพวกมัน เป็นตัวอย่างที่ยอดเยี่ยม ในการนำหลักฟิสิกส์มาใช้ ในชีวิตประจำวัน ทุกอย่างล้วนเป็นผลลัพธ์ จากกลไกทางฟิสิกส์ ที่แมวพัฒนาเพื่อความอยู่รอด อาจกล่าวได้ว่า แมวไม่ได้ฝืนกฎของฟิสิกส์ แต่พวกมันเข้าใจ และใช้มันได้อย่างชาญฉลาด กว่าที่เราคิด
แมวสามารถหมุนตัวกลางอากาศได้ โดยอาศัย Cat-Righting Reflex ซึ่งเป็นกลไก ที่ใช้หลักการของ โมเมนตัมเชิงมุม ตามกฎของฟิสิกส์ แมวจะแยก การหมุนของร่างกายเป็นสองส่วน โดยเริ่มจากการบิดลำตัว และใช้การหด หรือกางขา เพื่อควบคุมความเร็ว ทำให้สามารถกลับตัว และลงพื้นด้วยเท้าก่อนเสมอ
ในช่วงศตวรรษที่ 19 นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Étienne-Jules Marey ใช้การถ่ายภาพความเร็วสูง เพื่อศึกษากระบวนการนี้ ซึ่งแสดงให้เห็นว่าแมว ไม่ต้องการแรงภายนอก เพื่อหมุนตัว พวกมันสามารถ ใช้ฟิสิกส์ของโมเมนตัมเชิงมุม เพื่อกลับตัวได้เอง
