Un chat qui tombe atterrit généralement sur ses pattes. Cette capacité remarquable dépend de deux aspects profondément fondamentaux de la physique.
En 1894, le physiologiste français Étienne-Jules Marey a utilisé une nouvelle technique photographique pour prendre une série de photos qui documentent un chat qui tombe et qui se retourne pour atterrir en toute sécurité sur ses pattes. La série de photos prises à grande vitesse, reproduite dans Nature deux ans plus tard, montre le chat lâché avec les pattes dirigées vers le ciel et atterrissant doucement sur ses quatre pattes.
Mais si les photos de Marey ont permis de documenter ce tour étonnant, la question la plus importante restait : comment les chats font-ils pour toujours retomber sur leurs pattes ?
Le chat qui retombe sur ses pattes : analyse image par image
Un examen attentif des images de Marey (en particulier les troisième, quatrième et cinquième images) révèle que le chat commence sa chute en arquant le dos. Cela divise effectivement son corps en deux parties séparées et rotatives. Dans les images cinq et six, il a tourné sa tête vers la caméra et a étendu ses pattes arrière. Avec ses jambes avant serrées, sa tête et le haut de son corps tournent rapidement. Pour éviter que son moment cinétique total ne change, le bas de son corps commence à tourner dans la direction opposée. Avec les pattes arrière en extension, cette rotation est lente et contrôlée. Dans la série d’images suivante, le chat étend ses pattes avant pour ralentir et finalement arrêter la rotation du haut du corps.
Enfin, il étend complètement ses pattes arrière pour ralentir et arrêter la rotation du bas de son corps.
En une seconde et demie environ, le chat est debout, avec ses quatre pattes étendues et prêtes à amortir sa chute. Et ce n’est que de la physique.
Comprendre le retournement du chat d’un point de vue physique
En effet, Un objet en rotation tourne plus vite lorsqu’une plus grande partie de sa masse est rapprochée de l’axe autour duquel la rotation se produit. Ensuite, pour chaque système en rotation, il existe une quantité physique qui restera toujours la même si aucun agent extérieur n’agit sur le système. Cette quantité, le moment cinétique, dépend de la vitesse de rotation, de la masse et de la position de la masse par rapport à l’axe de rotation.
Comment le chat fait-il pour se retourner et retomber sur ses pattes ?
Grâce à son organe vestibulaire (situé dans son oreille interne), le chat détermine le haut du bas et ensuite il se tourne pour faire face au sol sans modifier l’élan. Il mesure la distance qui le sépare du sol grâce à ses vibrisses (ses moustaches).
En fonction de cette distance, le chat plie la moitié avant de son corps autour d’un axe différent de la moitié arrière puis replie ses pattes avant pour réduire l’inertie de la moitié avant de son corps tandis qu’il tend ses pattes arrières pour augmenter le moment d’inertie de sa moitié arrière. Ceci lui permet de tourner la moitié avant de son corps de 90% et la moitié arrière de 10%. Enfin, il déplie ses pattes avant et replie ses pattes arrières pour retourner sa moitié arrière et moins sa moitié avant et le chat retombe sur ses pattes.
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