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「Smarter Every Day：貓咪空中翻身的高速攝影」- High Speed Video Of Flipping Cats
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貓從高空落下來，翻身轉體的過程，科學家們稱為“貓旋”，而且是科學家長期探索的課題。 1882年，法國科學家馬雷首次用高速攝影機將“貓旋”這一過程拍攝了下來，並證明了貓在空中轉體，僅需1/8秒鐘。“貓旋”使科學家產生了極大的興趣。
20世紀60年代，前蘇聯力學家洛強斯基，提出了“轉尾巴”理論。他認為，貓在空中，只要把尾巴急速地轉動，就能使自己的身體沿相反方向翻轉過來。
人們對此進行了計算，其結果實在令人遺憾：貓尾巴做圓錐旋轉運動，每分鐘必須幾千轉，才有可能使貓的整個身體在1/8秒鐘內翻轉過來，這怎麼可能呢？
有趣的是，1960年，英國著名生理學家麥克唐納，做了一次判斷性實驗。他用幾隻天生沒有尾巴的曼克斯貓做空旋運動，結果，貓在空中的轉體動作，依然靈活自如。
轉尾巴理論顯然是不正確的。
科學家們鍥而不捨地探索着。麥克唐納、凱恩、謝爾等人又提出了“彎脊椎”理論。認為貓在下落過程中，首先從中間展曲身體，然後依次向各個方向彎曲脊椎：先向前做不大的彎曲，然後再向右彎，最後向前彎，使貓的前半身旋轉180o，這樣貓的後半身就必然產生一個大小相等、方向相反的角動量與其相“對抗”，從而使貓的整個身體翻轉過來。
這種理論能夠成立嗎？
1969年，美國力學家凱恩教授，又利用“彎脊椎”理論的數學模型以及電腦程序，進行了計算，結果與高速攝影機拍下的“貓旋”過程完全吻合。
1978年，美國的詹姆斯?海，在他的名著《動物技術生物力學》一書中，又宣佈了“貓旋”研究的一些新成果：讓貓四腳朝天落下時，它能在自己的站立高度之內，將身體翻過來；矇住眼睛的貓，從只有1米的高度下落，動作十分笨拙。貓眼和貓內耳機制，這兩種感官都被去掉的貓，四腳朝天下落，就不知道如何翻身了。
至此，經過一個多世紀的研究，“貓旋”的奧秘才算解開了。
科學價值
科學家們苦苦地研究“貓旋”，那麼“貓旋”到底有什麼科學價值呢？
第一個重要價值，是用於宇航事業。
為了訓練宇航員能夠在太空失重的狀態下隨意直立、行走和轉身，美國宇航局的專家們，成功地設計了一套動作奇特的“太空操”，其中的許多動作，就是受“貓旋”的啓示並移植過來的。
第二個應用價值，是應用在運動競技上。
跳水、繃牀和體操運動，其中的高難動作，如“旋空翻”（在繞身體橫軸旋轉的同時，又繞縱軸旋轉），就是受“貓旋”的啓示而移植的。有人預料，隨着“貓旋”研究的深入，運動員空翻一週的同時，再做轉體180o以上的旋空翻，是完全可能的。貓旋_百度百科 https://bit.ly/4e7reya
落貓問題（falling cat problem）是有關如何解釋貓翻正反射背後的物理學，也就是自由落下的貓如何調整自身的姿勢，在任意初始姿勢的條件下，在著地時都是以腳朝下著地，而且過程不會違反角動量守恆定律。落貓問題 - 維基百科，自由的百科全書 https://bit.ly/4cQZGvZ
此問題有趣，看起來無關緊要，不過其解答沒有看起來的那麼直接。落貓問題乍看之下會違反角動量守恆定律（一開始沒有轉動，但在落下過程中會轉動），不過因為貓不是剛體，因此在落下時可以調整其形狀，靠著是具可撓性的脊椎以及非功能性的鎖骨。貓的行為是典型塑性變形力學的例子。
歷史
落貓問題引起了許多科學家的興趣，包括喬治·斯托克斯、詹姆斯·克拉克·麥克斯韋及艾蒂安-朱爾·馬雷。詹姆斯·克拉克·麥克斯韋在寫給他太太凱薩琳·瑪麗·克拉克·麥克斯韋的信上提到說：「這是一個在三一學院的傳統。當我在那裡時，我發現了一個將貓丟下，又讓它無法以四腳朝下著地的方法，因此我用這個方式將貓從窗戶中丟下，我要解釋一下我研究主題是找到貓多快才會轉身，而正確的研究方法是讓貓從桌子或是床上落下，此情形下貓會用四腳著地。」[1]。麥克斯韋特別想要找到貓無法用翻正反射讓自身用四腳著地的高度，而他最後成功的找到了。
落貓問題對斯托克斯及麥克斯韋而言可能只是出於好奇心，而艾蒂安-朱爾·馬雷用更嚴謹的方法研究此一問題，他應用定時攝影，利用每秒能拍攝12張照片的計時槍，拍攝貓落下時的影像，馬雷根據影像推斷說，貓在剛開始落下時沒有旋轉運動，它沒有以丟貓者的手為槓桿來提早旋轉。因此就暗示了一個自由落下的物體可以獲得角動量。馬雷也證明了空氣阻力在貓轉正其身體上的幫助不大。
落貓，1894年在《自然》期刊中的圖片，是由艾蒂安-朱爾·馬雷發明的計時槍所拍攝。
他的研究發表在《科學院院刊》中[2]，其研究的摘要也發表在《自然》期刊中[3]。《自然》期刊中文章的摘要為：
馬雷認為貓利用其自身的慣量來調整其姿勢。產生脊椎骨肌肉作用的扭轉對先作用在前腳上，因為前腳被壓短，且很靠近頸部，其轉動慣量很小，但後腳伸出，幾乎和身體軸線垂直，產生了另一個轉動慣量，其旋轉的方向是和前者相反的。在運動的第二階段，前後腳的姿態相反，前腳的慣性提供了後腳轉動的支點
雖然當時公開了這些影像，當時期的許多科學家仍認為貓在開始落下時是以丟貓者的手為槓桿來提早旋轉，因為貓的動作暗示著此一剛體在落下時會得到角動量，這是不符合角動量守恆定律的[4]。
解法
此問題的解，最早是由Kane & Scher (1969)所提出，將貓建模為二個圓柱，分別是身體的前半段及後半段，可以調整這二部份的相對位置。Montgomery (1993)之後將Kane和Scher的模型以組態空間中的聯絡來描述，而組態空間中包括了在符合物理學條件下，貓身體的二部份可以進行的活動方式。落貓問題的動力學是非完整系統中的典型例子（Batterman 2003），而非完整系統的研究是控制理論中主要關注點之一。落貓問題的一個解是組態空間中的一條曲線，相對聯絡是「水平的」（是符合物理學的），而有指定的啟始及結束組態。找最佳解是最佳運動規劃的例子之一 (Arbyan & Tsai 1998; Ge & Chen 2007)。落貓問題 - 維基百科，自由的百科全書 https://bit.ly/4cQZGvZ
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