إذا سقطت قطة من ارتفاع متر أو أكثر بوضعية مقلوبة رأسًا على عقب، فإنها تعدل نفسها سريعًا لكي تهبط أرضًا على مخالبها. ويبدو أنَّ هذه الفعلة تخرق قانونًا صارمًا في علم الفيزياء؛ ألا وهو عندما يغيب عزم الدوران الواقع على جسم ما، فإنه لا يُمكن تغيير الزخم الزاوي لهذا الجسم. في هذه الحالة، ينطبق هذا على جسم القطة. تبدأ القطة السقوط من دون دوران؛ ومن ثُمَّ يكون الزخم الزاوي لها صفرا، ويغيب عزم الدوران الواقع عليها. ورغم ذلك، يُوحي دورانها أن زخمها الزاوي لا يبقى صفرًا. السؤال: هل تخرق القطة القانون؟

 داخل المركبة الفضائية المتحركة، كيف يستطيع رائد الفضاء أن يدور يسارًا أو يمينًا، في حركة «منعرجة»، دون أن يلمس شيئًا ؟ كيف يُمكن أن ينعرج رائد الفضاء، بمعنى أنه يدور إلى الأمام أو الخلف حول محور أفقي يتنقل يمنة ويسارًا؟ هل «اللغة»، بمعنى الدوران حول محور أفقي يمتد من الأمام إلى الخلف مُمكنة؟ (في هذه الحالة، يكون للجسم زخم زاوي صفري القيمة ويغيب عزم الدوران الواقع عليه، ورغم ذلك يدور بشكل ما. يختلف الوضع مع قفزة الغطّاس من على متن سفينة أو منصة لأن السقوط يبدأ عادة بقدر من الزخم الزاوي عندما يدفع الغطّاس نفسه من المنصة أثناء القفز. في أبسط قفزات الغطس ، ينقلب الغطّاس بحيث تكون يداه أول شيء يدخل الماء. لماذا يزداد معدل الدوران عندما يقفز الغطاس بقفزة الغطس بفرد الساقين وتحويطهما بالذراعين (قفزة بايك) أو بقفزة الغطس بانثناء الورك والركبتين قفزة تاك قبل الاعتدال للدخول في المياه؟ الدوران السريع مطلوب إذا أراد الغطّاس أن يلفّ في الهواء عدة مرات قبل أن يصل إلى المياه. كيف يستطيع الغطّاس أن يلفّ قبل الغطس؟ على سبيل المثال، ربما يقوم الغطاس بثلاث لفات هوائية في حركة الشقلبة الأمامية. هل يجب أن تأتي الحركة الملتفة نتيجة لدفعة معينة من المنصة أم هل يستطيع الغطّاس أن ينطلق من المنصّة في حركة شقلبة خالصة ثم يلفّ في الهواء؟ الكثير من التقنيات الفيزيائية التي يستعين بها الغطاسون يستخدمها المتزلجون أثناء «المناورة الهوائية» (أداء مناورات بارعة في الجو) ولاعبو الجمباز ومتزلجو الألواح والمشاركون في سباق الدراجات بي إم إكس.

وبعض قفزات الغطس والقفزات على منصة الترامبولين مشابهة لسقوط القطة من ارتفاع من حيث إنها تبدأ بدون زخم زاوي. ولكن بدون ميزة عزم الدوران الناتج من الدفع على المنصة، يستطيع الغطاس أو مؤدِّي الترامبولين أن يؤدي حركات دائرية في الهواء.

الجواب: قبل قرن من الزمان، قدمت التفسيرات المتعلقة بكيف تتقلب القطة في الهواء، ورغم ذلك لا يزال الجدل مُستمرا. وهنا سأقدم تفسيرين (كلٌّ منهما مدعوم . بأدلة تصويرية)، ولكن ضع في الاعتبار أنه نظرًا لأن القطط لا تدرس علم الفيزياء، فلن تستعين جميعها بالتقنية نفسها.

تفسير 1: تخيَّل أنَّ القطة تتكون من نصفين مُتَّصِلين بمفصل مرن عند منتصف عمودها الفقري. يمرُّ مـ محور عبر كل نصف وكلا المحورين يلتقيان بزاوية لأنَّ الجسم محدب إلى أسفل. وبمجرد أن تسقط القطة، يدور النصفان حول محوريهما المستقلين في الاتجاه «نفسه»، في حين يدور المفصل حول محور أفقي في الاتجاه المعاكس». على سبيل المثال، إذا كان النصفان يدوران في اتجاه عقارب الساعة من منظور خلفي، فإن المفصل يدور عكس اتجاه عقارب الساعة. (تذكَّر أنه نظرًا لأنَّ النصفين يدوران معًا، فإن جسم القطة  لا يتلوى. يتضمن الدوران زخمًا ،زاويًا، ولكن علامة الزخم الزاوي المتجه مع عقارب الساعة تكون سالبة، في حين أن علامة الزخم الزاوي المتَّجه عكس عقارب الساعة تكون موجبة. ومِن ثُمَّ إجمالي الزخم الزاوي الخاص بالقطة أثناء دورانها يظلُّ صفرًا، وهي القيمة التي تبدأ القطة بها سقوطها.

تفسير :2 مرة أخرى، ألق نظرة من منظور خلفي. تسحب القطة ساقيها الأماميتين إلى الداخل، وتُبقي ساقيها الخلفيتين ممدودتين، وتحرك ذيلها في عكس اتجاه عقارب الساعة. هذه الحركة تجعل كلا من الرأس والجسم يدوران مع عقارب الساعة، ولكن مع سحب الساقين الأماميتين، يدور النصف الأمامي من القطة أكثر من النصف الخلفي. (لاحظ أنه في هذا التفسير، جسم القطة يتلوى. وبينما يواصل الذيل دورانه، تمد القطة ساقيها الأماميتين وتسحب ساقيها الخلفيتين. يتسبب هذا التعديل في دوران النصف الخلفي مع اتجاه عقارب الساعة على نحو أسرع من النصف الأمامي؛ ومن ثُمَّ يتناقص التواء الجسم في النهاية تصحح القطة من وضعها وتهبط وهي متشبثة بالأرض بمخالبها الأمامية. إذا كانت القطة بلا ذيل تقوم إحدى ساقيها الخلفيتين بدور الذيل.) وكما هي الحال مع التفسير الأول، يظلُّ إجمالي الزخم الزاوي أثناء السقوط صفرًا.

 ولو كنت أنت رائد الفضاء المذكور في البند ، إليك طريقة لكي تخلق زاوية انعراج افرد ساقك اليمنى إلى الأمام وساقك اليسرى إلى الخلف. ثم ضُم ساقيك مرة أخرى بعد اندفاع ساقك اليمني ناحية اليمين والخلف وساقك اليسرى ناحية اليسار والأمام. وكما ترى من أعلى، تتحرك الساقان في اتجاه عقارب الساعة. وأثناء تحركهما، لا بد أن يدور جذعك في عكس اتجاه عقارب الساعة لكي يبقى إجمالي الزخم الزاوي الخاص بك صفري القيمة. لكي تُنفّذ حركة منعرجة، ارفع ذراعيك لأعلى يسارًا ويَمينًا ثم حركهما في دوائر في الاتجاه نفسه، كما لو أنك تسبح. يدور جذعُك في الاتجاه المعاكس، ومرة أخرى يظلُّ إجمالي الزخم الزاوي الخاص بك صفرا، وتأتي اللغة من مزيج من الحركة المنعرجة والتأرجح. (أين تنتهي بك الحال إذا ما تعرضت لسلسلة من الانعراجات ناحية اليسار وحركة منعرجة أمامية ثم انعراج نحو اليمين؟ ماذا عن سلسلة من الحركات المنعرجة وانعراج نحو اليمين ثم حركة مُنعرجة خلفية؟ من المثير للدهشة أنَّ الأمر ينتهي بك في نفس الاتجاه، رغم أنك تُشبِهُ في أي من هذه الحالات فردًا من فرقة المهرجين الثلاثة).

إذا نفذت قفزة الغطس بفرد الساقين أو انثناء الورك والركبتين أثناء الشقلبة الهوائية يزداد معدل دورانك لأنك تجذب الكتلة نحو المحور الذي تدور حوله. (في هذه الحالة تُشبه المتزلج الذي يضمُّ ذراعيه وساق واحدة أثناء الدوران حول نفسه على أطراف أصابعه.) يُقلّل الجذب الداخلي توزيع الكتلة خاصتك. ولا يتغيَّر الزخم الزاوي الخاص بك الناتج عن ذلك التوزيع ومعدل دورانك. وإذا حرَّكتَ ذراعك اليُمنى إلى أعلى وذراعك اليُسرى إلى أسفل أثناء الشقلبة الهوائية فإنَّ حركتهما تُجبر جذعك على الدوران مع تحرُّك رأسك نحو اليمين. لا تغير الحركة الزخم الزاوي الخاص بك ولكنها تتسبب في عدم استقامة المحور الذي تتشقلب حوله من اتجاه الزخم الزاوي، وتتمثل النتيجة في حدوث التواء. وهكذا ، لست بحاجة إلى بدء حركة التواء من خلال دفع منصة الغطس ولكن يُمكن تنفيذ حركة الالتواء في الهواء.

اخر الاخبار

اخبار العتبة العباسية المقدسة

مجلة تسليم تدعو الباحثين والأكاديميين للمشاركة في أعدادها القادمة

المجمع العلمي يواصل إقامة محاضراته الأسبوعية في مقام الإمام المهدي (عجل الله فرجه)

جامعة الكفيل تطلق الدورة التدريبية الصيفية لطلبة كلية الهندسة التقنية

استعدادًا لزيارة الأربعين العتبة العباسية المقدسة تعقد الورشة التنسيقية الرابعة الخاصة بمراكز إرشاد التائهين

المزيد

الآخبار الصحية

دراسة علمية تكشف مفاجأة حول الأسباب الحقيقية للسمنة

دراسة: الأطباء يتجاهلون "سببا شائعا" لارتفاع ضغط الدم

نظامك الغذائي غني بالبروتين؟.. احذر هذه الآثار الجانبية

لا تتجاهلها.. أعراض تنذرك بأنك مهدد بالإصابة بالسكري

المزيد

الآخبار التكنلوجية

ISOFIX: معيار الأمان الذهبي لمقاعد الأطفال في السيارات

هل المحرك الأكبر دائمًا الأفضل للسيارة؟

اختبارات ناجحة لمحرك "VK-800" الروسي وتطويره لطائرة بايكال الخفيفة

رئيس إنفيديا: الذكاء الاصطناعي الصيني "محفز للتقدم العالمي"

المزيد

مواضيع ذات صلة

لعبة النُّحلة ذات الساق(ميكانيكا لعبة النحلة ذات الساق: كيف يحافظ الاحتكاك على توازنها؟ )

أوضاع لعبة النحلة الدوارة (سر استمرار دوران لعبة النحلة: الفيزياء وراء حركة المبادرة والتمایل)

التيه وسط الجليد (الهروب من الجليد الزلقباستخدام قوانين الزخم)

لعبة الديابولو (ميكانيكا لعبة الديابولو: كيف يحافظ الدوران السريع على توازن اللعبة)

البيضة الدوارة (ديناميكا الدوران والقصور الذاتي في تجربة البيضة الدوارة)

تمزيق ورق التواليت (قوانين نيوتن في الحمّام: سر تمزق ورق التواليت الجديد)

القيادة عبر حاجز الصوت (الديناميكا الهوائية والتسارع المركزي في المركبات الخارقة لحاجز الصوت)

دوران الكتاب (ميكانيكا الدوران: لماذا يتذبذب الجسم عند الدوران حول المحور المتوسط)

قذف الحجارة والقنابل (دوران الحجر فوق الماء: من القفزات الصغيرة إلى القنابل الخارقة للسدود)

قوارب الكاياك (فيزياء استعادة التوازن في قارب الكاياك: عزم الدوران وقوة الطفو)

السير على الحبال (تأثير مركز الكتلة والعزم في توازن السائر على الحبل)

لعبة الجولف المصغرة (ميكانيكا ارتداد الكرة في لعبة الجولف المصغرة: كيف تحدد زاوية الانعكاس مسار الكرة نحو الحفرة )