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Die Physik, wie Katzen trinken
Vor etwa vier Jahren beobachtete Roman Stocker seine Katze Cutta Cutta beim Trinken aus seinem Napf. Und Stocker, ein Ingenieur, der die Biophysik von Ozeanmikroben studiert, fragte sich genau, welche physikalischen Kräfte es der Katze ermöglichten, zu lecken. So arbeiteten er und Pedro Reis, ein Kollege im Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwesen, mit Sunghwan Jung , SM '95, PhD '07, und Jeffrey Aristoff '04, PhD '09, die damals am MIT waren, um Videos von Haus- und Großkatzen beim Trinken zu drehen und zu studieren. Ihre Forschung, veröffentlicht in Wissenschaft , fanden heraus, dass Katzen aller Größen ein perfektes Gleichgewicht zwischen zwei physischen Kräften nutzen.
Die Forscher stellten fest, dass eine Katze, wenn sie trinkt, ihre Zunge gerade nach unten in Richtung des Napfes ausstreckt, wobei die Spitze nach hinten gebogen ist, sodass die Oberseite der Zunge die Flüssigkeit zuerst berührt. Später erfuhren sie, dass Harold Doc Edgertons Film von 1940 über eine Katze, die Milch leckt, dasselbe Phänomen zeigte. Aber die neuen Videos gingen noch einen Schritt weiter und zeigten, dass die Spitze der Zunge ist nur Oberfläche, um die Flüssigkeit zu berühren. Im Gegensatz zu Hunden tauchen Katzen ihre Zungen nicht wie Kellen ein. Die glatte Spitze berührt kaum die Oberfläche, bevor die Katze ihre Zunge wieder nach oben zieht. Dabei bildet sich zwischen der sich bewegenden Zunge und der Flüssigkeitsoberfläche eine Flüssigkeitssäule. Die Katze schließt dann ihr Maul, kneift die Spitze der Säule ab und hält ihr Kinn trocken.
Wenn die Zunge der Katze die Flüssigkeitsoberfläche berührt, bleibt ein Teil der Flüssigkeit daran haften, ähnlich wie Wasser an einer menschlichen Handfläche haftet, wenn es die Oberfläche eines Beckens berührt. Aber die Katze zieht ihre Zunge so schnell wieder nach oben, dass für den Bruchteil einer Sekunde die Trägheit die Schwerkraft überwindet, die die Flüssigkeit zurück zum Napf zieht. Die Katze weiß instinktiv, wann sich dieses empfindliche Gleichgewicht ändert; es schließt seinen Mund in dem Moment, bevor die Schwerkraft die sich bewegende Flüssigkeit daran hindert, der Zunge weiter zu folgen. Wenn die Katze zögerte, brach die Säule, die Flüssigkeit fiel zurück in den Napf und die Zunge wurde leer.
Die Forscher analysierten digitale Hochgeschwindigkeitsvideos von Hauskatzen wie Cutta Cutta (siehe oben oder unter www.technologyreview.com/cat-drink ) sowie von Löwen, einem Tiger und einem Jaguar. Durch die Verlangsamung der Videos ermittelten die Forscher die Geschwindigkeit der Zungenbewegung und die Häufigkeit des Überlappens. Da sie die Größe und Geschwindigkeit der Zunge kennen, entwickelten sie dann ein mathematisches Modell des Läppens, das das Verhältnis zwischen Schwerkraft und Trägheit berücksichtigt. Für Katzen aller Größen ist diese Zahl fast genau eins, was auf ein perfektes Gleichgewicht hinweist. Hauskatzen drehen durchschnittlich vier Runden pro Sekunde, aber Großkatzen, deren Zungen größer sind, drehen langsamer, um das gleiche Ergebnis zu erzielen.
Um die subtile Dynamik des Läppens besser zu verstehen, entwickelten die Forscher auch eine Roboterversion einer Katzenzunge, die sich über einer Wasserschale auf und ab bewegt. Das Modell ermöglichte es ihnen, verschiedene Aspekte des Läppens systematisch zu untersuchen und schließlich die wirkenden Mechanismen zu identifizieren.