Tumbling Cat oder Olympic Snowboarder? Stellt sich heraus, die Physik ist das Gleiche

Wenn Sie verstehen wollen, wie Snowboarder, Skifahrer und andere flippende, wirbelnde Winterolympiade beim Freiluftschießen komplexe Tricks ausführen, müssen Sie Katzen verstehen.

Katzen immer (oder zumindest gewöhnlich) landen auf ihren Füßen. Drehen Sie eine Katze auf den Rücken und lassen Sie sie aus 15 Fuß fallen, und sie wird sich in der Luft drehen und auf ihren Füßen landen. Lassen Sie es aus 2 Fuß oder 200 Fuß fallen, und Sie erhalten das gleiche Ergebnis. (Hinweis: Live Science ermutigt dich, keine Katze aus 200 Fuß oder 15 Fuß fallen zu lassen.

Bemerkenswerterweise brauchen Katzen keinen anfänglichen Druck, um ihre Füße in Richtung Boden zu drehen. Wie ein olympischer Snowboarder, der nach dem Verlassen der Rampe sein Board plötzlich umdreht, ziehen die Katzen auch dann ab, wenn sie zu Beginn ihres Sturzes überhaupt keinen Dreh- oder Drehimpuls (denken, Spin-Energie) haben. [Diese 7 Tiere würden es bei den Olympischen Winterspielen zerquetschen]

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Ohne irgendeine Hebelwirkung oder irgendetwas, von dem man abtreiben könnte, scheinen Katzen (und Snowboarder und Skifahrer) aus dem Nichts Schwung zu erzeugen und benutzen sie, um sich durch die Luft zu drehen.

"Ein einfaches Modell dafür, wie eine Katze umkippt, ist, wenn man sie sich als eine vordere Hälfte einer Katze und eine hintere Hälfte einer Katze vorstellt, so dass der Rumpf aus zwei Teilen besteht. Sie kann ihren Körper gegen vorne und hinten gegenläufig drehen die Hälfte des Körpers ", sagte Greg Gbur, ein Physiker an der University of North Carolina Charlotte.

Gbur sagte Live Science, dass, wenn man ein starres Objekt, wie einen Bleistift oder sogar ein Sofa, fallen lässt, wie es durch die Luft und Spins bewegt wird, ist ein Produkt davon, wie es fällt. Wenn es anfängt sich zu drehen, wird es sich weiter drehen. Wenn es ohne Drehimpuls - Rotationsenergie eines Objekts - seinen Fall beginnt, wird es sich nicht drehen.

Und der gesamte Drehimpuls eines flexiblen Objekts, wie eine Katze oder ein Olympier, kann sich auch ohne einen Stoß nicht ändern. Das ist Isaac Newtons erstes Bewegungsgesetz: Ein Objekt in Bewegung bleibt in Bewegung, und ein Objekt in Ruhe bleibt in Ruhe. [Die verdrehte Physik von 5 olympischen Sportarten]

Wenn sich eine Katze in der Luft dreht, ändert sich der durchschnittliche Drehimpuls des gesamten Körpers nicht. Seine Vorder- und Rückseite biegen sich aufeinander zu und drehen sich dann in entgegengesetzte Richtungen um einen zentralen Punkt. Die inneren Kräfte - die Muskeln, die gegen Knochen und andere Muskeln ziehen - heben sich gegenseitig auf. Die Orientierung ändert sich, aber aus der Perspektive des Universums bleibt der Drehimpuls der Katze gleich.

Das Gleiche passiert, wenn ein Skifahrer plötzlich einen Teil ihres Körpers dreht, der zuvor still war. Für jedes bisschen Masse in ihrem Körper, das sich in eine Richtung zu drehen beginnt, muss ein anderes Stück Masse in einem anderen Teil ihres Körpers den umgekehrten Weg nehmen.

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Aber was ist mit Olympiern, die ihre Tricks langsam angehen lassen, aber plötzlich schneller oder langsamer drehen? Gewinnen oder verlieren sie keinen Drehimpuls?

Nee.

"Im Gegensatz zu einer Katze, die dazu neigt, ohne einen anfänglichen Drehimpuls zu fallen, wird ein Snowboarder absichtlich vom Rand der Bahn abstoßen, um sich eine anfängliche Rotation zu geben", sagte Gbur

Und der Drehimpuls dieser Drehung ist ein Produkt des "Trägheitsmoments" oder des Radius der durch die Luft rotierenden Masse - der Abstände zwischen den ausgestreckten Armen eines Skifahrers und der zentralen Achse ihrer Rotation.

Ein großer Radius bedeutet mehr Drehimpuls; Es braucht viel mehr Energie, um 10 mal mit ausgestreckten Beinen und Armen herumzuwirbeln, als wenn man sich in einen kleinen Ball steckt. (Dies ist einer der Gründe, warum sich ein sehr leichtes Fahrradrad mit so viel mehr Kraft dreht als die Räder, die an Ihren Rollerblades befestigt sind.)

Um also während eines Tricks schneller zu werden, wird ein Athlet mit seinem Körper so weit wie möglich ausgestreckt beginnen und dann seine Arme und Beine zusammenlegen, um seinen Gesamtradius zu verkleinern, sagte Gbur. Mit einem kleineren Moment der Intertia wird der gleiche Drehimpuls sie viel schneller drehen lassen.

Willst du langsamer werden? Streck dich einfach aus, und der gleiche Drehimpuls wird deine Drehung verlangsamen.

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