为什么总有人试图用猫和面包片制造永动机?(图)

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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