猫はなぜ、いつも足から着地できるの？
― 何もない空中で、体をひねる物理

仰向けの姿勢で落とされた猫が、空中で見事に体をひねり、足から着地するのを見たことがあるかもしれません。実はこの現象、物理学の基本法則からすると、一見おかしなことが起きています。何も蹴らず、何にもつかまらずに、なぜ体の向きを変えられるのでしょうか。

「回転の量は増えないのに、体の向きだけは変わる」という、この一見不思議な物理を見ていきます。

回転を「増やす」ことは、本来できません

物には、回転の量を表す角運動量という値があります。地面や壁など、外から力（トルク）が加わらない限り、この角運動量の合計は、増えることも減ることもありません。これを角運動量保存の法則と呼びます。

仰向けに落とされた瞬間の猫は、回転していません。つまり、角運動量はゼロです。何もない空中では蹴る相手がいないため、この「ゼロ」という値は、着地するまでずっと変わらないはずです。回転する量が増えないのに、体の向きだけが180度変わる――これが不思議に見える理由です。

それでも、猫は「体の柔らかさ」を利用します

ここでのポイントは、猫の体は、1本の固い棒のような「剛体」ではないということです。猫の背骨は非常にしなやかで、体を「前半身」と「後半身」に分けて、別々に動かすことができます。

猫は、まず体を「くの字」に折り曲げます。そして、前半身を小さく丸めながら大きく回転させ、同時に後半身を伸ばしたまま、逆向きにわずかだけ回転させます。丸めた部分は回転しやすく、伸ばした部分は回転しにくいという性質を利用することで、「前半身は大きく回るが、後半身はほんの少ししか逆回転しない」という、都合の良い組み合わせが実現します。

この状態から、今度は丸める部分と伸ばす部分を入れ替えて、同じ操作をもう一度行います。すると、後半身も前半身と同じ向きに回転し、結果として体全体が半回転し、足が下を向くのです。この間、体全体の角運動量の合計は、常にゼロのまま保たれています。

なぜ、この操作が可能なのか

丸めた体の部分は、「回転させにくさ」を表す値（慣性モーメント）が小さくなります。同じ量の角運動量でも、慣性モーメントが小さいほど、より速く回転します。逆に、伸ばした部分は慣性モーメントが大きいため、同じ量の角運動量でも、回転はゆっくりです。

この性質のおかげで、「丸めた前半身が大きく回る」あいだ、「伸ばした後半身はわずかしか逆回転しない」という、体全体としては都合の良い状態を作れます。実際にどれくらいの差が生まれるのか、次の折りたたみで数字を使って確かめます。

この物理は、いろいろな場面で使われています

この「体の形を変えて回転を操る」テクニックは、猫だけのものではありません。飛び込み競技やスケートの選手が、体を丸めたり伸ばしたりして回転の速さを調整するのも、まったく同じ原理です。さらに、宇宙飛行士が、何もつかまらない無重力空間で体の向きを変えるときにも、同じ考え方が応用されているとされています。

自分で確かめられること

まとめ

猫が空中で体をひねって着地できるのは、角運動量保存の法則を破っているからではありません。むしろその法則を守ったまま、しなやかな背骨を使って体を「くの字」に折り曲げ、丸めた部分と伸ばした部分で回転のしやすさに差をつけるという、巧みな体の使い方によって実現されています。体全体の回転の合計はゼロのままなのに、部分ごとの回転の配分を操作することで、最終的に体の向きだけを変えているのです。

猫は、物理法則を出し抜いているのではありません。
物理法則の「抜け道」を、体そのもので体現しています。

※本記事は一般向けの科学解説です。猫を高所から落下させる、または類似の行為を試すことは、猫にとって重大な危険をともなうため、絶対に行わないでください。