Cómo hacen los gatos para caer de pie sin violar las leyes de la física

Tal vez os suene el nombre de James Clerk Maxwell. Si aún os dan vueltas por la cabeza las clases de física, probablemente acabarais hartos de escuchar su apellido cada vez que os hablaban de ondas electromagnética o mecánica de fluidos. Este físico aportó mucho a su campo y es muy respetado por ello… por eso no deja de resultar raro enterarse de que este señor, merecedor de estar en un pedestal intelectual, dedicara parte de su vida a tirar gatos por la ventana.

Ojo, no lo hacía por puro aburrimiento o porque se le hubiera ido la cabeza. El objetivo de tan curiosa afición era saber qué altura mínima necesita un gato para poder dar la vuelta en el aire y caer sobre sus cuatro patas. Al parecer se trata de una tarea más complicada de lo que podría parecer a primera vista, además de resultar un poco extraña a ojos de los demás. Como relataba el propio Maxwell en una carta a su esposa:

“Hay una tradición en Trinity [la universidad de Maxwell] que dice que cuando estaba aquí descubrí un método para lanzar a un gato de manera que no aterrizara sobre sus pies y de que lo utilizaba para tirar gatos por las ventanas. Tuve que explicar que el objetivo real de la investigación era encontrar cómo de rápido podía darse la vuelta [en el aire] un gato y que el método adecuado era dejar caer el gato sobre una mesa o una cama desde una altura de unas dos pulgadas [5 cm], y que incluso así el gato aterriza sobre sus patas.”

Aunque el tema despertara una fascinación desmesurada en Maxwell, sólo estudiaba la caída de los gatos como una mera curiosidad. El verdadero pionero en el campo del lanzamiento felino fue el científico francés Étienne-Jules Marey, que estaba interesado por la física que había tras la caída de los gatos. Pionero en la captura de imágenes en movimiento, Marey había usado su cañón cromofotográfico, que tomaba doce imágenes por segundo, para estudiar los movimientos de varios animales. Así que decidió empezar a soltar gatos en el aire mientras los grababa para luego analizar las imágenes individuales con detenimiento.

Pero, ¿qué tiene de especial el movimiento de los gatos en el aire que pueda resultar tan interesante?

Pues resulta que, al principio, los científicos no sabían cómo hacen los gatos para dar la vuelta a su cuerpo en pleno aire sin incumplir la ley de la conservación del momento angular. Y claro, estas cosas intrigan a la gente.

La gran flexibilidad de sus vértebras y el hecho de no tener clavícula les permite rotar como si fueran dos cilindros acoplados

El momento angular es una propiedad que posee cualquier cosa que presente un movimiento de rotación. Esta propiedad, un tanto difícil de visualizar, relaciona la forma de un objeto con su velocidad de rotación (su velocidad angular), de manera que su magnitud ha de permanecer siempre constante. Es decir, que si un objeto que tiene una forma y una velocidad de rotación concretas distribuye su masa alrededor del eje de rotación de manera distinta mientras se mueve, su velocidad cambiará.

El típico ejemplo que se usa en estos casos es el de una patinadora sobre hielo que empieza dando vueltas con los brazos y una pierna extendidos para alejarlos lo máximo posible de su eje de rotación y conseguir el mayor momento angular posible. Cuando lo crea oportuno, acercará los brazos y la pierna a su cuerpo y, como su masa estará más compacta alrededor de su eje de rotación, su velocidad de rotación aumentará sin que ella tenga que hacer ningún esfuerzo. ¿Para qué nos vamos a engañar? Todo queda siempre más claro en vídeo:

El problema con la caída de los gatos es que, en principio, no deberían poder dar la vuelta al ser lanzados desde el aire boca arriba porque no tienen momento de inercia inicial y tampoco tienen en qué apoyarse para provocarlo. Según la segunda ley de Newton, ningún objeto puede cambiar de trayectoria a menos que una fuerza actúe sobre él.

Al principio, Marey razonó que a lo mejor los gatos estaban aprovechando el rozamiento con el aire para alterar su posición, igual que una persona puede apoyarse contra el agua para abrirse paso a través de ella, pero pronto descartó esta posibilidad. Si se quita la atmósfera de la ecuación, ¿de dónde sacan el impulso los gatos para girar en pleno aire?

Hubo gente muy seria que lo enfocó desde el punto de vista geométrico y se puso a hacer números para intentar descubrir qué mecanismo utilizan los gatos para dar la vuelta. Pero un felino es demasiado complicado como para describir su comportamiento de manera realista, así que los investigadores simplificaron el problema en la mayor medida posible asumiendo que los gatos son dos cilindros acoplados entre sí.

A partir de cierta altura las lesiones en los gatos se vuelven menos severas: les da el tiempo suficiente para adoptar la posición que limita su caída lo máximo

Como el momento de inercia de un objeto en movimiento se conserva a menos que una fuerza externa actúe sobre ellos, si los gatos empiezan con un momento de inercia nulo deberían mantenerlo nulo durante toda su caída. Así que la investigación se centró en ver cómo cada uno de los dos cilindros de los que están compuestos los gatos puede cambiar de posición de manera independiente, sin alterar el momento de inercia del gato en su totalidad.

De esta manera consiguieron descifrar de manera simplificada el misterio del giro de los gatos en pleno aire: la mitad de su cuerpo genera momento de inercia hacia un lado y la otra lo genera hacia el otro, de manera que los dos se contrarrestan. Utilizando esta trampa, el momento de inercia generado por el gato en conjunto se mantiene nulo durante la caída y el felino no viola ninguna ley de la física.

Al comparar este movimiento con la vida real, se puede ver que este modelo se ajusta a la realidad. Cuando un gato cae, lo primero que hace un gato es doblar el cuerpo para que las dos secciones de su cuerpo roten sobre ejes distintos. A continuación, aprieta sus patas delanteras contra su cuerpo para reducir su momento de inercia (igual que la bailarina que acerca sus extremidades al cuerpo para girar más rápido). Al mismo tiempo extiende las patas traseras para aumentar el momento de inercia en la parte trasera de su cuerpo, lo que le ayuda a rotar la parte delantera del cuerpo hasta 90°, mientras la trasera sólo gira unos 10° durante esta fase. Por último, para que la parte trasera de su cuerpo termine de girar, el gato extiende sus patas delanteras y acerca a su cuerpo las traseras para producir el efecto inverso.

¿Y qué les permite a los gatos rotar como si fueran dos cilindros acoplados entre sí por un extremo? La gran flexibilidad de sus vértebras y el hecho de no tener clavícula.

Las siete vidas del gato

Pero esta técnica que les permite aterrizar sin partirse los huesos tiene unas limitaciones curiosas. En 1987, en un estudio del Journal of the American Veterinary Medical Association, dos veterinarios investigaron 132 casos de gatos que habían sufrido lesiones al caer por las ventanas de edificios de Nueva York. Al revisar los datos, descubrieron algo interesante: la magnitud de las lesiones aumentaba con la altura desde la que los gatos habían caído… hasta los 7 pisos de altura. Las lesiones que presentaban los gatos que se habían precipitado desde alturas iguales o superiores se volvían menos severas.

Los gatos no deberían poder dar la vuelta porque no tienen momento de inercia inicial y tampoco tienen en qué apoyarse para provocarlo

Se cree que esto se debe a que esta es la altura necesaria para que a los gatos les dé tiempo de reaccionar y alcanzar su velocidad terminal, la velocidad máxima que puede alcanzar un cuerpo con una forma y unas características concretas. Esta velocidad se alcanza cuando el rozamiento con el aire iguala la fuerza de la caída del objeto, de manera que éste no puede seguir acelerando. En el caso de los seres humanos, nuestra velocidad terminal es de unos 230 km/h. Los gatos, en cambio, por la forma de su cuerpo, sus huesos más ligeros y el pelaje que les permite un mayor rozamiento con el aire, sólo pueden caer a un máximo de 100 km/h. Pero, para mantenerse a esa velocidad, un gato tiene que colocarse en la posición correcta, extendiendo su patas mientras cae, un proceso que lleva tiempo desde el momento en el que el gato empieza a caer.

Es por eso que a partir de cierta altura las lesiones en los gatos se vuelven menos severas: la altura les da el tiempo suficiente como para adoptar la posición que limita su caída lo máximo posible.

Pero nuestros felinos favoritos también tienen una kriptonita: quítales la gravedad a los gatos y su orientación espacial se irá al traste. Es entonces cuando sus superpoderes desaparecen.