Internetnutzer haben es persönlich getestet: Können Katzen immer auf allen Vieren landen? Gehen Sie nach Hause und probieren Sie es aus!

Es gab zuvor ein sehr beliebtes Testvideo im Internet und ich glaube, viele Leute haben es gesehen:

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Drehen Sie die Katze um und halten Sie sie horizontal auf dem Bett oder Sofa, lassen Sie sie dann plötzlich los und lassen Sie sie frei fallen. Grundsätzlich gilt: Solange die Höhe nicht zu niedrig ist, können sich die meisten Katzen umdrehen und stabil auf allen Vieren landen , was erstaunlich ist.

Das weckt auch die Neugier: Wie machen Katzen das?

Tatsächlich haben Wissenschaftler bereits vor über hundert Jahren nach der Antwort auf diese Frage gesucht.

Eine Katze, die die Gesetze der Physik außer Kraft setzt?

Was Mythen und Legenden über Katzen betrifft, so ist das Sprichwort „Katzen haben neun Leben“ schon vor langer Zeit unter den Menschen aufgetaucht. Dieses Sprichwort könnte auf die starke Sprungkraft der Katze und ihre Fähigkeit zurückzuführen sein, ohne Verletzungen aus großer Höhe zu springen.

Katzen lieben es, vom Dach zu springen. Bildquelle: pixabay

Im 19. Jahrhundert entdeckten Wissenschaftler eine noch erstaunlichere Fähigkeit von Katzen: Wenn Menschen Katzen fingen und sie frei auf den Rücken fallen ließen, landeten sie immer auf ihren Füßen.

Das verwirrt die Leute sehr. Die Katze fällt offensichtlich kopfüber. Warum dreht sich ihr Körper also um, als sie landet? Der gesamte Vorgang geschieht jedoch so schnell, dass es für das menschliche Auge schwierig ist, das Verhalten der Katze in der Luft zu beobachten.

Ja, diese Herausforderung bestand schon vor über hundert Jahren. Bildquelle: gloubik

Allerdings wurde damals allgemein spekuliert, dass die Katze die nötige kinetische Energie, um ihren Körper abzuschütteln, beim Fallen aus der Hand der Person gewonnen haben könnte, da sich ein Gegenstand, der sich nicht selbst dreht, gemäß dem Gesetz der Drehimpulserhaltung nicht ohne äußere Einwirkung plötzlich drehen kann.

Im Jahr 1894 machte der französische Wissenschaftler Etienne-Jules-Marais mit einem Chronographengewehr Bilder von zahlreichen Tieren. Dieses Chronographengewehr konnte 12 Bilder pro Sekunde aufnehmen und ermöglichte es so, Tiere in mehreren Bewegungsstadien innerhalb einer Sekunde zu beobachten.

Marey hat einen Pelikan im Flug fotografiert. Bildnachweis: Etienne Jules Marey

Natürlich filmte er auch, wie die Katze kopfüber fiel. Die Bilder zeigten, dass entgegen früheren Spekulationen die Katze nicht durch äußere menschliche Kräfte beeinflusst wurde, sondern direkt herunterfiel und dann begann, sich um sich selbst als Achse in der Luft zu drehen, bis ihr Körper wieder in die richtige Richtung zurückkehrte und sie schließlich auf allen Vieren landete.

Fallbewegung der Katze. Bildnachweis: Etienne-Jules-Marais

Offensichtlich scheint die Bewegung der Katze in der Luft die Gesetze der Physik zu verletzen. Wie ist das möglich?

Maxwell und die Katze

Dieses Phänomen erregte bald die Aufmerksamkeit vieler Wissenschaftler, darunter auch des berühmten Physikers James Clerk Maxwell. Er entwarf mehrere Experimente, bei denen er Katzen aus unterschiedlichen Höhen fallen ließ und ihre Bewegungen beobachtete.

Es stellt sich heraus, dass Katzen ziemlich eigenartige Körper haben. Aus der Perspektive eines mathematischen Modells betrachtet, kann der Körper eines Tieres als Zylinder betrachtet werden und sich als Ganzes drehen. Wenn Sie sich jedoch die Körperhaltung der Katze beim Fallen genau ansehen, werden Sie feststellen, dass sich auch Ober- und Unterkörper der Katze drehen, und zwar in zwei verschiedene Richtungen. Zu diesem Zeitpunkt bleibt die Erhaltung des Drehimpulses erhalten und seine Änderung ist Null.

Schematische Darstellung des Luftrotationsmodells der Katze

Basierend auf dieser Beobachtung schlug Maxwell die „Eiskunstläufer“-Erklärung vor, bei der eine Katze ein inneres Drehmoment erzeugen könnte, indem sie beim Fallen ihre Körpermuskulatur verdreht , genau wie ein Eiskunstläufer seine Arme anspannt, um seine Winkelgeschwindigkeit zu erhöhen, während er seinen Körper dreht. An diesem Punkt ziehen sich die Vorderpfoten der Katze zusammen, während sich der Oberkörper schnell um sich selbst dreht.

Sobald der Oberkörper der Katze in die richtige Position gedreht ist (mit dem Kopf zum Boden), beginnt sich auch der Unterkörper der Katze zu drehen, allerdings in die entgegengesetzte Richtung des Oberkörpers – sie streckt ihre Hinterbeine aus und blickt in die entgegengesetzte Richtung, um das größtmögliche Trägheitsmoment zu erzeugen.

Auf diese Weise haben auch die Hinterbeine der Katze die Vorderpfoten eingeholt, und jetzt zeigen alle vier Gliedmaßen der Katze nach unten, und die Katze ist erfolgreich gelandet!

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Es ist erwähnenswert, dass Katzen diese spezielle „Luftrotations“-Bewegung dank ihrer besonderen und flexiblen Wirbelsäule ausführen können. Diese Fähigkeit ist Katzen also angeboren.

Wissenschaftler nennen dieses Verhalten den Aufrichtungsreflex der Katze. Genau wie der Kniesehnenreflex eines Menschen kehrt der Körper einer Katze reflexartig in seinen Normalzustand (Gliedmaßen nach unten gerichtet) zurück, solange er sich in einem abnormalen Zustand befindet.

Welche ist die beste Landeposition für eine Katze?

Wenn ein massiver Gegenstand von einer höheren Stelle fällt, ist die Aufprallkraft im Allgemeinen größer. Dies wird durch die Gesetze der Physik bestimmt. Bei Katzen scheint dieses „eiserne Gesetz“ jedoch in Frage gestellt zu sein.

In den 1980er Jahren führten zwei Tierärzte in New York City eine Studie durch, in deren Rahmen sie Informationen über 132 Fälle sammelten, in denen zwischen Juni und November 1984 Katzen aus Gebäuden stürzten. Die Überlebensrate der Katzen lag bei 90 Prozent.

Als die Tierärzte jedoch die spezifischen Verletzungen der Katze untersuchten, stellten sie ein seltsames Phänomen fest. Obwohl die Schwere der Verletzungen der Katze mit zunehmender Höhe zunahm, nahm sie ab dem 7. Stock tatsächlich ab.

Mit anderen Worten: Eine Katze, die aus dem 11. Stock fällt, verletzt sich möglicherweise weniger als eine Katze, die aus dem 6. Stock fällt!

Und wir alle wissen: Je höher ein Stockwerk fällt, desto länger wird ein Gegenstand durch die Schwerkraft der Erde beschleunigt und seine Geschwindigkeit wird immer höher, bis er schließlich auf dem Boden aufschlägt. Ein plötzlicher Aufprall kann die kinetische Energie des Tieres beim Fallen in andere Energieformen umwandeln, was zu Knochenbrüchen, einem Kollaps des Brustkorbs und sogar zum sofortigen Tod führen kann. Daher sollte ein Sturz aus einem höheren Stockwerk zu schwereren Verletzungen führen als ein Sturz aus einem niedrigeren Stockwerk.

Dieses Kätzchen fiel aus einem 26-stöckigen Gebäude und brach sich eine Vorderpfote. Quelle: SPCA

In diesem Moment scheinen für die Katze die Gesetze der Physik außer Kraft zu treten.

Eine andere Möglichkeit besteht jedoch darin, dass Menschen den Luftwiderstand ignorieren, wenn sie an den freien Fall einer Katze denken. Tatsächlich erfährt die Katze beim Fallen durch die Luft einen Widerstand, der ihren Fall verlangsamt.

Daher wirken beim Fallen zwei entgegengesetzte Kräfte auf die Katze, nämlich die Schwerkraft und der Luftwiderstand (Reibung). Die Schwerkraft lässt sich leicht berechnen, da sie sich aus der Masse der Katze und der Erdbeschleunigung ergibt. Der Luftwiderstand hängt jedoch von mehreren Faktoren ab, beispielsweise von der Querschnittsfläche, dem Luftwiderstandsbeiwert, der Luftdichte und der Fallgeschwindigkeit.

Wenn die Katze zu fallen beginnt, beträgt ihre Anfangsgeschwindigkeit 0. Zu diesem Zeitpunkt wirkt nur die durch die Schwerkraft verursachte Beschleunigung auf die Katze. Mit zunehmender Geschwindigkeit spürt die Katze den Luftwiderstand, der der Schwerkraft entgegenwirkt.

Gleichzeitig wird der Aufrichtungsreflex der Katze aktiviert und sie richtet ihre Gliedmaßen instinktiv nach unten und landet auf allen Vieren. Allerdings sind die Gliedmaßen in dieser Position großen Stößen und damit schweren Verletzungen ausgesetzt, da das Gewicht der Katze ungleichmäßig verteilt ist. Dies erklärt auch, warum Katzen unterhalb des siebten Stockwerks noch immer den Gesetzen der Physik gehorchen können.

Tierärzte gehen jedoch davon aus, dass die Katze in höheren Stockwerken beim Fallen einen Widerstand spürt, der ihr Gefühl der Schwerelosigkeit verringert. Sie kann ihren Körper entspannen und muss die Beine nicht gerade ausstrecken. Außerdem wird das Gewicht gleichmäßiger verteilt, was ihre Überlebenschancen erhöht.

Natürlich kann das tatsächliche Erlebnis einer Katze während des Sturzvorgangs komplizierter sein, daher ist es im Interesse ihrer Sicherheit am besten, sie nicht in eine gefährliche Situation zu bringen.

Quellen:

Liu Yanzhu. Rotationsbewegung einer frei fallenden Katze[J]. Chinesisches Journal für Mechanik, 1982(04):80-85.DOI:10.6052/0459-1879-1982-4-1982-046.

Wie landet eine Katze immer auf ihren Füßen?

http://helix.gatech.edu/Classes/ME3760/1998Q3/Projects/Nguyen/

Aufrichtreflex der Katze

Warum landen Katzen auf ihren Füßen? Physik erklärt

https://www.scientificamerican.com/article/why-do-cats-land-on-their-feet-physics-explains/

Ein einfaches Modell für das Problem der fallenden Katze

https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6404/aaac06

Autor: Fisch

Gewinner des Silberpreises für herausragende wissenschaftliche Popularisierungsarbeiten der China Science Writers Association

Für diejenigen, die gedämpften Fischkopf, würzigen Fischkopf und andere Fischkopf lieben

Herausgeber: Dong Xiaoxian