Die Katze landet so sanft und anmutig, dass sie mit diesem physikalischen Gesetz erklärt werden kann!

Es heißt, dass „Katzen neun Leben haben“, aber wenn Katzen alt oder krank sind oder einen Unfall haben, „sterben“ auch sie. Obwohl die sogenannten „Neun Leben“ nur eine Legende sind, spiegeln sie indirekt wider, dass Katzen über eine äußerst zähe Vitalität verfügen.

Wir sehen oft Katzen auf hohe Bäume klettern oder über schmale, hohe Mauern rennen und fragen uns unweigerlich, ob Katzen Höhenangst haben. Können Sie überleben, wenn Sie hinfallen? Tatsache ist, dass Katzen bei Stürzen aus großer Höhe perfekt auf ihren Füßen landen können, wodurch die Wahrscheinlichkeit einer Verletzung für Katzen geringer ist (natürlich gibt es eine Höhenbeschränkung) . Wissenschaftlich lässt sich dieses Phänomen durch den Drehimpulserhaltungssatz der Physik erklären!

Katze (Bildquelle: pixabay.com)

Warum kann eine Katze beim Fallen auf ihren Füßen landen?

Das interessante Phänomen, dass Katzen bei Stürzen aus großer Höhe immer zuerst auf ihren Füßen landen, erregte bereits vor Jahrzehnten Aufmerksamkeit.

In den 1990er Jahren filmte eine vom französischen Wissenschaftler Marey erfundene Schnellkamera eine Katze, die aus großer Höhe stürzte. Wie in der Abbildung unten gezeigt, kann die Katze nach dem Fallen eine freie Rotation in der Luft ausführen. Seine Vorderbeine neigen dazu, kürzer zu sein und sich dem Hals zu nähern, während seine Hinterbeine senkrecht zum Körper gestreckt sind. Schließlich kann es seinen Körper um 180° drehen und erfolgreich auf seinen Füßen landen.

Der Vorgang des Fallens einer Katze aus großer Höhe (Bildquelle: Referenz [1])

Tatsächlich kann die Bewegung einer Katze, die auf ihren Füßen landet, durch das Gesetz der Drehimpulserhaltung in der Physik erklärt werden.

Der Drehimpuls ist ein Maß für die Rotationsbewegung. Bei linearer Bewegung verwenden wir den Impuls, um den Bewegungszustand eines Objekts zu beschreiben. Bei Rotationsbewegungen verwenden wir den Drehimpuls, um sie zu beschreiben. Den Drehimpuls kann man sich als den „Rotationsimpuls“ eines Objekts vorstellen, wenn es sich dreht. Seine Größe korreliert positiv mit dem Radius und der Rotationsgeschwindigkeit.

Das Gesetz der Drehimpulserhaltung besagt, dass in einem System, in dem sich ein Objekt ohne Einwirkung äußerer Kräfte dreht, der Gesamtdrehimpuls konstant bleibt. Um ein alltägliches Beispiel aus dem Leben zu nennen: Wenn ein Eiskunstläufer sich dreht und springt, erhöht sich die Rotationsgeschwindigkeit, wenn er die Arme geschlossen hält, und wenn er die Arme öffnet, verringert sich die Rotationsgeschwindigkeit. Da der Drehimpuls jedoch erhalten bleibt, bleibt der Gesamtdrehimpuls konstant.

Schauen wir uns den Vorgang an, wie die Katze zu Boden fällt. Man kann auch davon ausgehen, dass der Drehimpulserhaltungssatz dafür sorgt, dass die Drehrichtung und -geschwindigkeit unverändert bleiben. Das heißt, wenn die Katze einmal fällt und anfängt, sich zu drehen, wird sie sich weiterdrehen und die Drehrichtung wird unverändert bleiben, bis eine äußere Kraft einwirkt.

Da die Haltung der Vorder- und Hinterbeine einer Katze beim Fallen und Drehen nicht einheitlich ist, kann der Fall- und Drehvorgang einer Katze durch die Zerlegung der Vorder- und Hinterhälften analysiert werden. Wissenschaftler bezeichnen das Drehverhalten einer Katze bei der Landung als eine Drehbewegung, bei der sich die Vorder- und Hinterkörperhälfte in entgegengesetzte Richtungen drehen.

Wenn eine Katze aus großer Höhe fällt, ziehen sich aufgrund ihrer Körpermerkmale ihre Vorderbeine zusammen und der Rotationsradius verringert sich. Aufgrund der Erhaltung des Drehimpulses erhöht sich die Rotationsgeschwindigkeit der vorderen Körperhälfte, wodurch die Wahrscheinlichkeit einer Rotation steigt. Die Hinterbeine der Katze strecken sich, wodurch sich der Rotationsradius vergrößert, die Rotationsgeschwindigkeit also relativ gering ist und das Rotationsverhalten langsam erfolgt.

Angenommen, die vordere Hälfte der Katze dreht sich im Uhrzeigersinn, dann dreht sich die hintere Hälfte gegen den Uhrzeigersinn. Die Summe der von den beiden Teilen erzeugten Drehimpulse bleibt immer konstant, um die Erhaltung des Gesamtdrehimpulses aufrechtzuerhalten. Die Katze verändert dann das Trägheitsmoment der vorderen und hinteren Körperteile, indem sie die Taille und die Wirbelsäule unterschiedlich verdreht. Wenn eine Katze beispielsweise ihren Vorderkörper beugt, verringert sich ihr Trägheitsmoment, sodass ihre Rotationsgeschwindigkeit zunimmt. das Trägheitsmoment des hinteren Körpers nimmt zu und seine Rotationsgeschwindigkeit nimmt ab.

Wenn sich die Vorderhälfte der Katze in die entsprechende Position dreht, kehrt sie schnell in ihre Ausgangsposition zurück und stoppt so die Drehung. Der gleiche Eingriff wird an der hinteren Körperhälfte durchgeführt. Durch die koordinierte Bewegung der Vorder- und Hinterkörper wird der gesamte Körper der Katze in die entsprechende Richtung ausgerichtet.

Natürlich müssen wir abschließend noch die Fähigkeit der Katze hinzufügen, mit den Beinen zu springen. Katzen haben flexible Beingelenke und können in Bodennähe mit den Beinen hüpfen, um den Aufprall bei der Landung abzufedern.

Darüber hinaus hängt der Grund, warum eine Katze hinfällt und zu Boden fällt, auch mit ihrer Körperstruktur und ihrer schnellen Reaktionsfähigkeit zusammen. Immer mehr Menschen streicheln gerne Katzen. Einer der Gründe für die große Beliebtheit von Katzen liegt darin, dass sie einen sehr weichen Körper haben, der beim Streicheln angenehm und entspannend ist. Die Wirbelsäule einer Katze hat fünf Wirbel mehr als die eines Menschen, sodass sie ihren Körper flexibler drehen kann, um ihre absteigende Haltung anzupassen, wenn sie sich in großen Höhen dreht.

Gleichzeitig reagieren Katzen sehr schnell, da ihre Reflexnerven sehr stark ausgeprägt sind. In der Anfangsphase eines Sturzes können Katzen ihre eigene Position spüren und einschätzen und ihre entwickelten Nervenreflexe nutzen, um beim Umdrehen in der Luft den Rücksetzreflex auszulösen, also das Reflexverhalten, das zur Wiederherstellung der normalen Position verwendet wird, wenn sich der Körper in einem abnormalen Zustand befindet. All dies gewährleistet die Haltung und Sicherheit der Katze bei der Landung.

Katze fällt zu Boden (Bildquelle: pixabay.com)

Es macht nichts, wenn Sie das oben Gesagte nicht ganz verstehen. Schließlich müssen wir Katzenbesitzer einfach wissen, dass Katzen sehr stark, besonders stark und superstark sind …

Manche Fähigkeiten von Katzen sind leicht zu verstehen und auch wir können noch das eine oder andere lernen.

Welche weiteren besonderen Fähigkeiten haben Katzen?

1Hervorragendes Gehör

Katzen sind für ihre Fähigkeit bekannt, Mäuse zu fangen. Diese Fähigkeit ist untrennbar mit seinem hervorragenden Gehör verbunden. Die Anzahl der Muskeln im Ohr einer Katze ist fünfmal so hoch wie bei einem Menschen und ihr Aufbau ist komplex. Katzen können dreimal so viele Schallwellen hören wie Menschen und sie können Ultraschall- und Infraschallwellen hören, die für Menschen unhörbar sind. Gleichzeitig ist ihr Schallempfangsvermögen sehr stark und sie können sogar Geräusche aus großer Entfernung genau orten. Daher kann die Maus, auch wenn sie weit entfernt ist, von der Katze präzise gefangen werden.

Katz und Maus (Bildquelle: pixabay.com)

2Super- Nachtsichtfunktion

Nachts werden wir feststellen, dass die Augen der Katze groß und hell sind. Aufgrund der Struktur ihrer Augen verfügen Katzen über eine ausgezeichnete Nachtsicht. Die Photorezeptoren im Auge beeinflussen das Sehvermögen. Photorezeptoren bestehen hauptsächlich aus Zapfen und Stäbchen. Unter ihnen sind die Zapfen für das Sehen bei hellen Lichtverhältnissen verantwortlich. Stäbchen sind für das Sehen bei Dunkelheit verantwortlich. Katzen haben ein mehr als sechsmal so großes Verhältnis von Stäbchen zu Zapfen wie Menschen und verfügen daher über ein viel leistungsfähigeres Nachtsichtvermögen.

Katzenaugen (Bildquelle: pixabay.com)

Sie hätten nicht gedacht, dass Katzen über so viele einzigartige Fähigkeiten verfügen! Übrigens kann eine gesunde erwachsene Hauskatze eine Kurzstreckenlaufgeschwindigkeit von über 40 km/h erreichen, was ausreicht, um mit Usain Bolt zu konkurrieren!

Anmerkung des Herausgebers:

Obwohl Katzen sehr stark sind, sollten Sie sie niemals von einer großen Höhe herunterwerfen, um Experimente durchzuführen. Sie könnten dennoch verletzt werden oder sogar sterben. Alternativ können Sie sich auch eine weiche Stelle wie ein Sofa oder eine Matratze suchen, die Katze mit dem Bauch nach oben halten, sie etwas absenken und loslassen. Die Katze wird trotzdem flach auf den Rücken fallen, da die Höhe zu niedrig ist und die Katze nicht reagieren kann.

Verweise

[1] Fotografien einer Tumbling Cat. Nature 51, 80–81 (1894). https://doi.org/10.1038/051080a0. [2] Wie fällt eine Katze auf ihre Füße? The New Scientist, Bd. 7, Nr. 189 (1960), S. 1647–1649. [3] Wang Yanan. Können Katzen wirklich das Gesetz der Drehimpulserhaltung brechen? [J]. Aviation Knowledge, 2022(9):1. [4] Tang Yonglian. Zapfen, Stäbchen und visuelle Umgebung [J]. Chinesisches Magazin für optische Wissenschaft und Technologie, 2003, 000(006):55-56.

Planung und Produktion

Autor: Denovo Popular Science Writer

Gutachter: Huang Chengming, Forscher am Institut für Zoologie, Chinesische Akademie der Wissenschaften

Herausgeber: Ding Zong