Ein seltsames Physikrätsel einer Katze, die aus großer Höhe fällt

© WGBH

Leviathan Press:

Vor einigen Jahren erzählte mir ein befreundeter Fotograf die legendäre Geschichte einer seiner Katzen, die aus einem Hochhaus (etwa zwölf Stockwerke) fiel und sich dabei nur leichte Verletzungen zuzog. Ich fand es damals unglaublich: Obwohl ich schon unzählige Male gesehen habe, wie Katzen nach einem versehentlichen Sturz von Katzenklettergerüsten oder -tischen schnell wieder landeten, bin ich immer noch schockiert über die hohe Überlebensrate von Katzen nach Stürzen aus großer Höhe. Ein anderer Freund, der eine Katze hat, erzählte mir, dass seine Katze versehentlich aus dem 5. Stock gefallen sei. Als er es fand, blutete es aus dem Mundwinkel. Nach eingehender Untersuchung durch den Tierarzt stellte sich jedoch heraus, dass keine Anzeichen von Knochenbrüchen oder Organschäden vorlagen.

Obwohl ich mir unzählige Male vorgestellt habe, dass die Katze beim Fallen ihre Flügel wie ein Flughörnchen ausbreitet, zeigt uns die Realität, dass die Katze auch ohne Schutzmantel (mit hoher Wahrscheinlichkeit) überleben kann.

warnen:

Werfen Sie keine Katze ohne Schutz

Um Ihre unnötige Neugier zu befriedigen

Im Oktober 1894 zeigte der berühmte Physiologe Étienne-Jules Marey bei einer Tagung der Französischen Akademie der Wissenschaften eine Reihe von Fotografien, die unter seinen Kollegen für Aufruhr sorgten. In einer Reihe nachfolgender Berichte behauptete ein Teilnehmer, Marey habe lediglich ein wissenschaftliches Paradoxon vorgeschlagen, das gegen die grundlegenden Gesetze der Bewegung von Objekten verstoße.

**Die Kontroverse wurde durch eine Katze ausgelöst. **Insbesondere dreht sich eine Katze, die vom Himmel fällt, immer wieder in der Luft und landet schließlich auf dem Boden. Nicht der Sturz und die Landung selbst sind das Problem, sondern der Vorgang, wie sich die Katze in der Luft dreht.

Etienne-Jules Marey lieferte ein Foto einer fallenden Katze, das 1894 in Nature veröffentlicht wurde.

Viele Jahre lang glaubten Wissenschaftler, dass Katzen von einer festen Oberfläche springen müssen, um zu landen. Die Idee basiert auf einem physikalischen Konzept namens Drehimpulserhaltung, das besagt, dass sich ein Objekt, das sich nicht dreht, ohne eine äußere Kraft nicht bewegt. Ohne den Schubser hat die Katze keinen Hebel, um richtig abzubiegen. Doch eine Fotoserie von Marey zeigte eine Katze, die sich drehte, nachdem sie mit dem Abstieg begonnen hatte, ohne dass etwas um sie herum war.

In den folgenden Jahrzehnten boten Wissenschaftler zahlreiche Erklärungen an, viele davon blieben jedoch vage. „Auch heute noch streiten sich die Leute über die Gründe, warum Katzen zu Boden fallen“, sagt Greg Gbur, Physiker an der University of North Carolina in Charlotte.

© Oxford University Press

Gerber ist der Autor von Falling Felines und Fundamental Physics. Experten sind sich einig, dass das Verhalten von Katzen möglicherweise nicht gegen die Gesetze der Physik verstößt. Sie haben sich einfach so entwickelt, dass sie die kleinsten Nuancen ausnutzen – selbst wenn die Umgebung unbewohnbar erscheint.

Gerber erzählte mir, dass die verwirrten Physiker der französischen Akademie der Wissenschaften den Drehimpuls der Katze zu stark vereinfacht hätten. Der Drehimpuls kann bei einem rotierenden Objekt (einer Katze) erhalten bleiben, solange sich die Hälfte ihres Körpers in die eine Richtung und die andere Hälfte in die andere Richtung dreht. Es klingt ein bisschen wie eine Pfeffermühle. ** Dann fungieren die beiden Seiten des Körpers als Drehpunkte füreinander und geben sich gegenseitig gleich große und entgegengesetzte Schubkräfte, was die Rotationskraft darstellt. Genau dieses Phänomen tritt bei Katzen auf.

© BDinGD

„Katzen haben ein sehr flexibles Skelett“, sagt Barbro Filliquist, Tierärztin an der University of California, Davis. Katzen beugen ihre Wirbelsäule so stark, dass es scheint, als würde ihr Körper in zwei Hälften gespalten , was so ist, als hätte man „ein Kniegelenk im Rücken“, sagt David Hu, Maschinenbauingenieur am Georgia Institute of Technology.

© Wikipedia

Wenn eine Katze kopfüber aufgehängt wird, dreht sich normalerweise zuerst die Seite ihres Körpers um, die ihrem Kopf am nächsten ist. Dazu muss sich diese Hälfte schneller drehen als der Rest . Eine Katze könnte beispielsweise ihre Vorderpfoten in Richtung Bauch ziehen und gleichzeitig ihre Hinterpfoten geöffnet lassen, um das Manöver auszuführen (ähnlich wie ein Eiskunstläufer bei einer schnellen Drehung seine Arme anzieht).

Dann entspannt die Katze ihre Vorderbeine und zieht die Hinterbeine zum Bauch . Drehen Sie diesmal die Gesäßseite schneller und bringen Sie den Rest des Körpers nach rechts und oben. Gleichzeitig kann der Schwanz als Propeller fungieren, um die Rotation des Körpers zu beschleunigen. Das sei nicht nötig, sagte mir Gerber: Eine Manx-Katze (eine Katze mit fast keinem Schwanz) könne genauso gut landen.

Manx-Katze. © Die Fichtenhaustiere

Katzen können sich unglaublich schnell umdrehen, sagt Hanno Essén, ein Physiker am KTH Royal Institute of Technology in Schweden, der den Aufrichtungsreflex einer Katze simuliert hat.[1] **Katzen können ihre Position innerhalb weniger Meter verändern, was nur den Bruchteil einer Sekunde dauert. **Dank dieses Vorgangs konnte Eisens verspieltes Kätzchen Mooshe sicher landen, nachdem es aus einem Fenster in etwa 12 bis 15 Metern Höhe gefallen war.

**Dies mag unnatürlich erscheinen, doch selbst wenn dies nicht der Fall ist, sind sie bei Stürzen aus großer Höhe immer noch einem erheblichen Risiko ausgesetzt. Diese Situation wird noch dadurch verschärft, dass in den Städten immer höhere Gebäude gebaut werden.[2] **Carly Fox, leitende Tierärztin am Schwarzman Animal Medical Center (AMC) in New York, sagte, dass in den letzten sieben Jahren fast ein Viertel der hier eingelieferten Haustiere traumatische Stürze aus großer Höhe erlitten hätten. In den schlimmsten Fällen kann das sogenannte Hochhaussyndrom bei Katzen zu Nasenbluten, Kieferfrakturen, Lungenkollaps, Beinbrüchen und sogar Organrupturen führen.[3]

Bis zu einem gewissen Grad gilt: Je höher der Tropfpunkt, desto schlechter ist normalerweise der Zustand der Katze. Einige Studien (einschließlich der Forschung von AMC) haben gezeigt[4], dass sich die Verletzungsrate möglicherweise nicht ändert oder mit zunehmender Höhe sogar abnimmt, wenn der Sturzpunkt über sechs oder sieben Stockwerken liegt. „Aus wissenschaftlicher Sicht ist das wirklich merkwürdig “, sagt Rhett Allai, ein Physiker an der Southeastern Louisiana University.

© BDinGD

Reid schrieb für das Wired-Magazin über dieses Phänomen. „Es ist nicht so, dass ‚höher besser ist‘.“ Einige der Daten könnten verzerrt sein und es ist schwer zu sagen, ob die Katzen übertreiben, wenn ihre Besitzer mit ihnen zum Tierarzt gehen. Andere Studien kamen zum genau gegenteiligen Ergebnis.[5]

Diese Daten sind nicht nur fragmentarisch, sondern auch widersprüchlich.[6] „Wir haben keine Erklärung dafür“, sagte Michael Kato, ein Notfall- und Intensivmediziner aus Kalifornien.

Wenn dieses Muster den Gesetzen der Physik entspricht, könnte es die erstaunliche Sprungkraft einiger Katzen aus großer Höhe erklären. Gerber sah einmal, wie eine Katze von einem etwa 30 Meter hohen Baum fiel, doch die Höhe schien ihr keine Bedeutung beizumessen. Fox rettete kürzlich eine Katze, die einen Sturz aus dem 19. Stock überlebt hatte. Eine Katze namens Sabrina stürzte einmal aus einer Höhe von 32 Stockwerken und überlebte, was einfach ein Wunder war. Eine andere Katze namens Jommi soll aus dem 26. Stock gefallen und durch das Dach eines Zeltes geschlagen sein. Später wurde sie jedoch unverletzt in der Nähe der Absturzstelle aufgefunden, wo sie ihr Fell leckte.[7]

„Ich habe Katzen gesehen, die mit Schnittwunden und gebrochenen Beinen aus dem siebten, achten, neunten oder sogar zehnten Stockwerk gefallen sind, und mit einer Behandlung können sie sich davon erholen“, sagte Christine Rutter, Notärztin und Intensivmedizinerin an der Texas A&M University.

Studien haben gezeigt, dass die Überlebensrate beim Hochhaussyndrom bei Katzen konstant über 90 % liegt [2] , „was für mich in der Notaufnahme und auf der Intensivstation, wo ich arbeite, verrückt ist“, sagt Sophia Amirsultan, Notärztin und Intensivmedizinerin an der North Carolina State University.

© techcrunch

Das Rätsel könnte auf einer weiteren Lücke in der Physik beruhen. Während der ersten paar Meter des Falls beschleunigt der Körper einer Katze weiter und die Wucht des Aufpralls auf den Boden nimmt zu. Bei einer Katze, die aus etwa zwei bis fünf Stockwerken gestürzt ist, ist das eine schwierige Entscheidung. In einer Höhe von etwas mehr als fünf Stockwerken würde eine etwa fünf Kilogramm schwere Katze jedoch eine Höchstgeschwindigkeit von 60 Meilen (etwa 96 Kilometer) pro Stunde erreichen, wenn sie auf dem Boden aufschlägt. **Egal wie hoch der Ausgangspunkt des Falls von nun an ist, der Aufprall auf den Boden wird nicht lauter sein. **Das ist verrückt: Alan hat mir erzählt, dass es scheinbar keine Obergrenze dafür gibt, wie hoch eine Katze fallen und überleben kann.

**Rutter erzählte mir, dass das Erreichen der Höchstgeschwindigkeit bei einer Katze zu einem Gefühl der Schwerelosigkeit führen kann und dass dies sogar dazu führen kann, dass sie „aufhört, in Panik zu geraten“ und ihre Beine locker lässt. **Bei einem Sturz ist der Aufprall bei der Landung unvermeidlich und der Körper der Katze kann diesen Aufprall gleichmäßiger verteilen. Dies könnte erklären, warum Kato und seine Kollegen herausfanden, dass Katzen, die aus sieben oder mehr Stockwerken stürzten, eher Verletzungen am Rumpf und Kiefer erlitten als an den Gliedmaßen.

Kaninchen scheinen auch einen ziemlich guten Aufrichtungsreflex zu haben. Wissenschaftler haben herausgefunden, dass einige Geckos ihren dicken Schwanz auch für eine sichere Landung nutzen können.[8] Aber vielleicht können nur Hauskatzen dies perfekt: Sie haben einen erstaunlichen Gleichgewichtssinn, der es ihnen ermöglicht, augenblicklich ihr Gleichgewicht zu finden, wenn sie einen Salto machen müssen, und sie haben extrem schnelle Reflexe, einen flexiblen Rücken und extrem flexible Gliedmaßen, die es ihnen ermöglichen, das Manöver perfekt auszuführen,[9] erzählte mir Mairin Balisi, eine Paläontologin am Raymond Alf Museum of Paleontology in Kalifornien.

© gifer

Emir Sultan erzählte mir, dass sich Katzen zu agilen, baumbewohnenden Tieren entwickelt haben und einen eher geschmeidigen[10], leicht stoßdämpfenden[11] Körperbau haben. Mehrere Tierärzte sagten mir, dass Hunde dazu neigen, nicht so optimistisch zu fallen wie Katzen. Sogar einige der größeren Katzen können nicht immer sicher landen, sagte Barish. Sie fügte hinzu, dass „Der König der Löwen“ wahrscheinlich nicht gedreht worden wäre, wenn die beiden immer sicher gelandet wären. (Scar stiftete den kleinen Simba an, in der Nähe der Gnuherde zu brüllen. Die Gnus erschraken durch das Brüllen des Löwen und rannten den Berg hinunter. Eine große Anzahl Gnus stürzte sich auf Simba. Glücklicherweise kam Mufasa rechtzeitig, um Simba zu retten, aber er selbst konnte nicht verschont werden. Mufasa hätte gerettet werden können, aber er wurde von Scar überfallen und von der Klippe gestoßen. Am Ende wurde er von den Gnus zu Tode getrampelt.)

Ich fragte Gerber, ob Menschen lernen könnten, die Kreiselbewegungen einer Katze nachzuahmen. Er sagte mir, wir könnten es bereits tun. Die besten Turmspringer und Turner verdrehen ihren Körper vielleicht wie Katzen; Die NASA hofft außerdem, dass Astronauten von Katzen lernen können, wie man im Schwerelosigkeitsraum fliegt.

© eldiario

Aber Katzen „machen es immer besser“, sagte mir Gerber, auch wenn ihnen die Raumfahrt vielleicht keinen Spaß macht.

Vielleicht hat das niemand besser verstanden als Marey, der einen Monat nach der Konferenz einen Artikel in Nature veröffentlichte, in dem er darauf aufmerksam machte, dass die „Ausdrücke verletzter Würde“ seiner Versuchspersonen, Katzen, auf Film verewigt worden waren.

Quellen:

[1]iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6404/aaac06

[2]onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1111/vec.13206

[3]www.vettimes.co.uk/app/uploads/wp-post-to-pdf-enhanced-cache/1/high-rise-syndrome-in-cats.pdf

[4]pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/3692980/

[5]pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/15363762/

[6]www.ijvm.org.il/sites/default/files/feline_high_rise_syndrome_in_israel.pdf

[7]www.lifewithcats.tv/cat-is-unharmed-after-26-story-fall-from-high-rise-building/

[8]www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.0711944105

[9]link.springer.com/article/10.1007/s42235-020-0048-x

[10]www.drgoulu.com/wp-content/uploads/2017/09/Rheology-of-cats.pdf

[11]www.hindawi.com/journals/abb/2019/3815612/

Von Katherine J. Wu

Übersetzt von Zhao Hang

Korrekturlesen/Rabbits leichte Schritte

Originalartikel/www.theatlantic.com/science/archive/2022/09/falling-dropped-cat-reflex-physics/671424/

Dieser Artikel basiert auf der Creative Commons License (BY-NC) und wird von Zhao Hang auf Leviathan veröffentlicht

Der Artikel spiegelt nur die Ansichten des Autors wider und stellt nicht unbedingt die Position von Leviathan dar