Author: Joonhee Lim
Research Field: Decision & Planning
Date: 2023/03/13
0. Abstract
일반적으로 사람들은 떨어지는 동안에 그들의 Orientation을 바꾸기 어렵다. 하지만 고양이들은 떨어지는 동안에 그들의 Orientation을 바꾸고 발로 착지하는데 쉽게 성공한다. 이러한 현상은 Falling Cat Phenomenon이라고 한다. 이 논문의 목적은 Falling Cat 현상이 각운동량 보존 법칙을 위배하는지 분석하는 것이다. 또한 과거에 있었던 관련된 몇 가지 연구들을 소개한다. 결론적으로는 Falling Cat 현상은 각운동량 보존 법칙을 준수하였다.
1. Introduction
많은 연구자들은 고양이는 떨어지면서 어떻게 성공적인 착지를 할 수 있는지 궁금해했다. 그렇기에 이에 대한 많은 연구들이 이루어졌고 이 논문에서는 1) 다른 연구자들이 reasonable한 답에 접근하기 위해서 어떻게 접근하였는지 2) 떨어지는 고양이 문제에 대한 간단한 분석 3) 간단한 Applications들을 설명한다.
2. Exploration of the Cats Falling
1882년에 French Scientist Etienne-Jules는 연속 사진을 찍어서 고양이의 Falling 현상을 캡쳐했다.
3. Simple Explanation of the Falling Cat Issue
사람들은 떨어지는 고양이 현상을 분석하기 위해 모델링을 활용했다. 연구자들은 고양이가 떨어질 때 몸을 구부리는 것을 몸의 앞부분과 뒷부분을 다른 회전축을 가진 두 개의 실린더로써 보았고, 고양이가 가진 두 개의 파트는 원뿔 모양으로 회전하였다.
고양이들은 회전을 더 쉽게하기 위해서 먼저 앞 다리를 내고 등을 편다. 이는 앞다리를 접음으로써 앞몸통의 회전관성을 감소시키고, 뒷다리를 펴면서 뒷몸통의 회전관성을 크게 하기 위함이다. 회전 운동량은 일정하기 때문에 회전 관성이 감소하면 각속도는 증가하게 된다.
게다가 고양이의 두 파트의 각운동량은 서로 반대 방향으로 회전하면서 상쇄되어 결과적으로 각운동량이 0이 되는 것을 알 수 있었다. 이를 통해 떨어지는 고양이 현상이 각 운동량 보존 법칙을 따른다는 것을 확인할 수 있었다.
하지만 현실에서 고양이가 넘어질 때는 척추의 움직임, 바람과 같은 더 많은 요인들을 고려해야 한다.
4. Kane's Explanation about Cat Falling Problem
Kane은 고양이의 움직임의 3가지 특성을 발견하였다.
1) 척추는 휘어져 있지만 다른 부위의 비틀림은 없다.
2) 전방으로 구부러진 척추는 일정한 방향을 따라 측면, 후방, 측면 그리고 다시 전방 굴곡된다.
3) 척추의 후방 굴곡 정도는 전방 굴곡 정도보다 훨씬 작다.
Summary
연구자들은 고양이가 떨어질 때 몸을 구부리는 것을 통해 몸의 앞부분과 뒷부분을 다른 회전축을 가진 두 개의 실린더로써 보았고, 고양이가 가진 두 개의 파트는 원뿔 모양으로 회전하였다. 고양이들은 회전을 더 쉽게하기 위해서 앞다리를 접어 앞몸통의 회전관성을 감소시키고 뒷다리를 펴면서 뒷몸통의 회전관성을 크게 하였다. 회전 운동량은 일정하기 때문에 회전 관성이 감소하면 각속도는 증가하게 된다. 고양이의 두 파트의 각운동량은 서로 반대 방향으로 회전하면서 상쇄되어 결과적으로 각운동량이 0이 되는 것을 알 수 있었다. 이러한 점이 이를 통해 떨어지는 고양이 현상이 각 운동량 보존 법칙을 따른다는 것을 확인할 수 있었다. 하지만 현실에서 고양이가 떨어질 때는 척추의 움직임과 같은 더 많은 요인을 고려할 필요가 있었다. Kane은 고양이의 움직임의 3가지 특성을 발견하였다. 그것은 1) 척추는 휘어져 있지만 다른 부위의 비틀림은 없다. 2) 전방으로 구부러진 척추는 일정한 방향을 따라 측면, 후방, 측면 그리고 다시 전방 굴곡된다. 3) 척추의 후방 굴곡 정도는 전방 굴곡 정도보다 훨씬 작다. 이다. 이러한 점들은 이전 연구들과 직접적으로 일치하지 않았다. 그래서 Kane은 고양이의 척추 움직임을 고려한 모델을 제안하여 이를 수정하였다. 이를 통해 고양이들이 떨어지는 동안 각운동량을 보존하면서 Orientation을 바꾸고 발로 착지할 수 있는 지 확인할 수 있었다.
