Hydrodynamik: Katzen trinken mit Physik-Trick

Katzen nutzen ein Kräftegleichgewicht zwischen Trägheit und Gravitation, wenn sie Flüssigkeiten geschickt und grazil mit der Zunge aufschlecken

Katze beim Trinken
Katze beim Trinken

Cambridge (USA) - Katzen wahren selbst beim Trinken die perfekte Balance: Wenn sie ihr Wasser schlecken, bedienen sich auf grazile Weise der Physik, hat ein Team interdisziplinärer US-Forscher beobachtet. Die Tiere nutzen geschickt ein Gleichgewicht zwischen den beiden physikalischen Kräften Gravitation und Trägheit, um die Flüssigkeit in Form einer Wassersäule mit der Zungenspitze elegant ins Maul zu befördern, berichten die Wissenschaftler in der Online-Ausgabe von "Science".

"Wir zeigen, dass die Hauskatze (Felis catus) über einen raffinierten Mechanismus schleckt, basierend auf der Adhäsion des Wassers an der dorsalen Seite der Zunge", schreiben Roman Stocker vom Massachusetts Institute of Technology in Cambridge und seine Kollegen. "Eine Kombination aus experimenteller und theoretischer Analyse hat gezeigt, dass Felis catus die Trägheit der Flüssigkeit ausnutzt, um die Schwerkraft zu besiegen und Flüssigkeit in ihr Maul zu ziehen." Stocker und seine Kollegen hatten Daten aus Hochgeschwindigkeitsaufnahmen von Haus- und Großkatzen beim Trinken gesammelt und zudem auf YouTube veröffentlichte Internet-Videos mit schleckenden Großkatzen analysiert. Darüber hinaus simulierten sie den Trinkvorgang in einem physikalischen Experiment mit einer künstlichen Zunge, indem sie eine kleine Glasscheibe auf einer Wasseroberfläche platzierten und schnell nach oben zogen.

Der Schleckmechanismus der Katze ist geschickt und elegant, stellten sie fest. Die weiche Spitze der Zunge berührt die Oberfläche der Flüssigkeit eigentlich kaum, bevor die Katze die Zunge schlagartig zurück nach oben zieht. Dabei bildet sich eine Flüssigkeitssäule zwischen der sich bewegenden Zunge und der Flüssigkeitsoberfläche. Kurz bevor die Säule, von Trägheitskräften aufrechterhalten, durch die Gravitationskraft wieder zerstört werden würde, schließt die Katze ihr Maul, schnappt sich den oberen Teil der Flüssigkeitssäule für ein Schlückchen zum Trinken und behält dabei sogar ein trockenes Kinn. Bei Hunden übrigens sieht das Trinken völlig anders aus: Zunge schlicht ins Wasser plumpsen lassen, um das Nass dann schlabbernd in die Schnauze zu schaufeln - da bleibt kein Kinn trocken.

Aus ihren Beobachtungen bestimmten die Forscher zudem die Geschwindigkeit der Zungenbewegung sowie die Schleck-Frequenz. Aus Größe und Geschwindigkeit der Zunge wiederum entwickelten sie ein mathematisches Modell, das die so genannte Froudsche Zahl einbezog. Diese dimensionslose Kennzahl hilft, das Verhältnis zwischen Gravitation und Trägheit in einem hydrodynamischen System zu beschreiben. Es stellte sich heraus: Für Katzen aller Größen war diese Zahl beinahe exakt eins, was ein nahezu perfektes Kräftegleichgewicht bedeutet. "Zu Beginn des Projektes waren wir nicht vollkommen zuversichtlich, dass Strömungslehre eine Rolle beim Trinken einer Katze spielt", erzählt Stockers Kollege Sunghwan Jung vom Virginia Tech Department of Engineering Science and Mechanics. "Aber als das Projekt weiter fortschritt, waren wir überrascht und amüsiert von der Schönheit der Strömungslehre, die an diesem System beteiligt ist."

Anhand der Balance von Gravitation und Trägheit konnten die Forscher auch abschätzen, wie schnell eine Katze schleckt, und testeten ihre Hypothese mithilfe der Videoaufnahmen. Es ergab sich ein einfacher Zusammenhang: Je größer die Katze und damit die Zunge, desto langsamer das Schlecken. "Die Menge an Flüssigkeit, die der Katze jedes Mal, wenn sie das Maul schließt, zur Verfügung steht, hängt von der Größe und Geschwindigkeit der Zunge ab", erläutert Jeffrey Aristoff vom Princeton's Department of Mechanical and Aerospace Engineering, ein weiterer Forscher im Team. "Unsere Forschung - die experimentellen Messungen und theoretischen Voraussagen - legen nahe, dass die Katze die Geschwindigkeit wählt, um die Menge der pro Schlecken aufgenommenen Flüssigkeit zu maximieren. Dies lässt vermuten, dass Katzen schlauer sind als mancher denken würde, zumindest wenn es um Hydrodynamik geht."