为什么总有人试图用猫和面包片制造永动机?

日常经验告诉我们,单面抹黄油的面包片落地时大多是涂着奶油那面着地:

从高处掉落的猫总是脚先着地:

这背后的秘密,难道真的是「永远倒霉的我和永远幸运的猫」?

回到猫和面包的问题上,我们先谈面包片。

有充分的证据表明,抹了黄油的面包片如果从桌上滑落,几乎总是抹黄油那面先着地。

这里,「滑落」一词很关键,即面包片在下落前待在桌子上,不是胳膊狂挥面包片横飞那种。

不妨脑子里过遍慢镜头:面包片慢慢滑出桌沿,开始时它还受到桌子的支撑,但随着重心探出桌沿儿,面包片的大部分没了支撑,即将翻倒,只是靠着黏性才在桌面上片刻停留。

终于,重力使得面包片倾斜、翻转,栽向地板。着地时要想黄油面朝上,面包片在空中的翻转要么小于90度,要么大于270度。

只要不考虑极端情况,比如面包片竖着落地并直立不倒,任何在90度与270中间的情况,都确保黄油面啃地。在这个公式中,黄油本身无关紧要,它那点儿重量相对整体微不足道。

诚然,融化的黄油会令面包表面稍显光滑,多少减少些风阻,但变化微乎其微,无甚作用。

那么,什么因素来决定下落途中面包片翻转多少度呢?

桌子的高度!

多数桌子高约75厘米,大体契合常人的坐姿。面包片由此高度下坠,极有可能翻转180度(至少在90与270度之间),结果便是黄油脸贴地。

有两个实验专门研究面包片翻转问题,其中的一个竟然动用了21000片面包;另一个黄油面着地的概率在62%与81%之间,数据颇为可观。试试看!

(图片来源自SchoolFreeware)

想加大黄油面朝上的概率,你有两个选择。

其一,改变桌子的高度:或者搞一张高桌,最好弄它3米高;或者摆张日本式的地桌,干脆席地而坐。

其二,改食超小面包片。

从物理学上讲,小于3厘米见方的面包片,跌落后黄油面朝上的概率大增。

(图片来源自Tom Scott)

那猫又是怎么回事呢?

出生才几周的猫下跌时就能四脚着地,即使将它们仰面从哪怕30厘米高处扔下(请千万别尝试),也鲜有肚皮朝天落地的。

(图片来源自SmarterEveryDay)

不过,面包下落在物理上很好解释,猫的情况便要复杂许多了。

脸朝天下坠的猫面临的困难其实与体操或跳水运动员一样,当置身空中、无抓无挠无所借力时,转体在物理上受到了限制。

空中转体当然并非做不到:我们都见过花样滑冰选手,他们空中快速旋转时会将手臂尽量靠近身体。

但物理定律毕竟无法打破,下坠的猫注定要受其限制,只能在规定的范围内腾挪。

猫判断空中方位时视觉与内耳感官并用。失明的猫仍可以四脚着地,少了内耳平衡器官的猫也没问题。

一旦二者尽失,猫便无能为力了。

与人相比,猫占有一些优势:其脊椎中椎骨数量更多(30对24),又没有锁骨。二者都增强了其转体能力,而此能力乃关键所在。

下落中的猫首先要弓背,这样做使它的身体在物理意义上实际分成了前、后半身。

(图片来源自The Telegraph)

随后,它转动前半身并缩紧前腿(就像花滑选手那样为了更好地转体),与此同时,它的后半身向相反方向拧,并伸直后腿,这招很关键,可以防止后半身转向过大。

如此一番操作,猫的前半身已正了过来。

它马上逆向操作,前腿蹬直,上身反转;后腿缩拢,下身正转。瞬间之际,猫全身便正了过来。

(图片来源自SmarterEveryDay)

科学八卦!猫脚着地时无须尾巴帮助,即使天生无尾的马恩岛猫(Manx),也照行不误。

但还没完呢。有一项物理规则——空气阻力,对猫似乎不适用。英国科学家霍尔丹曾就空气阻力规律谈论各种动物的区别:

「你可以将老鼠扔下千米深的矿井,只要井底灰多地软,它便只是摔得有点儿蒙,随后就溜了。这样说吧,要是老鼠被摔死,人就会摔碎,而马则摔烂了。」

那么猫怎样呢?

1987年,纽约的兽医们做了一项研究,结果表明:猫从极高处坠落,存活率高得惊人,大大超出预计。

部分原因可能是猫落地时速率大概只及人的一半,但也一定同猫在下落时的转体有关。猫一旦在半空中摆正了姿态,它便四腿外伸、最大化空气阻力,像飞鼠(flyingsquirrel)那般滑向地面。

好了,道理我都懂了,并且也发现了其中的关键点:

如果把面包片和猫绑在一起,我们岂不是能得到一个永动机?


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