科学家们也逃不开猫的魅力，从薛定谔的猫，到物理学家 Jack Hetherington 与名为 Chester 的暹罗猫合著论文，再到物理学家 Greg Gbur 最近出版的 Falling Felines and Fundamental Physics，《跌落的猫科动物和基础物理学》。猫为物理学、数学、神经科学，甚至是太空探索中的难题提供了重要的切入口。

Greg Gbur 的这本书探究了一个有趣的话题：猫从高处落下时，为什么总是可以四脚着地？这是一个“落猫问题”（Falling cat problem）。

图 | Falling cat problem（来源：Fine Art American）

稍微懂物理的人都会想到，猫在空中转身并没有任何支点，那么它是怎么实现转身而又不违背角动量守恒的呢？

到目前为止，有至少四种不同的假设可以解释这一现象：“缩进和旋转”（tuck and turn）模型，猫在坠落时收缩一对爪子以便旋转；“掉落的花样滑冰运动员”假说，猫根据需要收缩或伸展爪子来调整它的角动量；“弯曲和旋转”假说，猫弯腰然后反旋以腰围分界的身体两部分；最后一种是“螺旋桨式的尾巴”，即猫可以利用尾巴实现空中转身。

养过猫的人一定观察过，猫在下落时，尾巴和身体是呈反向转动的，所以会觉得尾巴起到了重要的作用。但后来人们发现，没有尾巴的猫也可以脚先着地。另一方面，要想使躯干在短时间内转过 180 度，尾巴必须在同一时间内向相反方向转动几十圈，才能维持系统的动量矩为零。这个速度基本上和飞机螺旋桨的转速接近，所以否定了猫尾巴的决定性作用。

有一些学者认为，猫内耳中有前庭器官，可以起到平衡和类似指南针的作用，这或许也是其中一个重要的原因。但是最根本的原理是什么呢？

Greg Gbur 在书中说，猫能在空中实现从四脚朝天到四脚朝地的旋转，应该是利用了综上的所有原理。但是最基本和最重要的解释是 “弯曲和旋转” 假说，即猫先弯腰，然后上半身和下半身往相反的方向旋转以抵消这些运动。其他的方面会起到一些小修正，比如利用尾巴或者爪子作为另外的杠杆。

图 | Étienne-Jules Marey 用高速摄像机拍摄的猫掉落的照片（来源：Wikipedia）

研究 “落猫问题” 离不开高速摄像机。早在 1894 年，法国科学家 Étienne-Jules Marey 就在 Nature 上发表了一副用高速摄像机拍摄的猫掉落的照片，照片显示，仅在下落的最初 1／8 秒，猫就完成了翻身的动作。

他认为猫是利用了自身质量的惯性来翻身。脊椎肌肉活动的扭转力偶先作用于前腿，因为前腿缩短并贴近脖子，所以有一个很小的惯性运动。但后腿是伸展的，并几乎垂直于身体的轴线，它的转动惯量和扭转力偶的方向是相反的。在运动的第二阶段，脚的姿势是相反的，第一阶段所产生的惯性为后面的旋转提供了支点。

但当时很多物理学家认为，丢猫的动作一定对研究产生了影响，否则这个实验则暗示自由落体有可能获得角动量。

1969 年，Kane 和 Scher 两位研究人员构建了 Kane-Scher 模型，他们把猫建模为能够改变相对方向的一对相连接的圆柱体，分别代表猫的上半身和下半身，这两部分转动时角动量为零。

“落猫问题”至此是不是完美解决了呢？事实上并没有。

人们还发现，猫从低于 30 厘米的高度掉落就无法四脚着地，从高处落下也不总是能四脚着地，超过一定高度，猫会张开四只，像降落伞一样，之后用肚子着地。有猫从 32 楼摔下来，采用肚皮着地的方式，住院两天就恢复了，这又牵扯到一些其他的物理学问题。

图 | Kane-Scher 模型（来源：Wikipedia）

肥猫和瘦猫，长猫和短猫，不同种类的猫每一只的扭动、弯曲都不相同，狮子、老虎这样的猫科动物是不是也有同样的技能？我们掌握了以上的原理我们就能制造出一种像猫一样，可以随意被抛向空中但是总能完美落地的机器人了吗？

还有很多问题有待探索，所以 “落猫问题” 至今仍然是一个活跃的研究领域。

图 | “猫之迷惑”（来源：DeepTech）

对猫而言，它们也不知道人类在干什么，几十年前被关在一个装有 “炸弹” 的黑屋子里，现在被反复扔下来看看会不会摔倒或者死亡。

有一种迷惑，叫“猫之迷惑”。

为什么猫咪落下的时候总能四只脚着地？

猫在落下时具有看似独特的定向能力，可以使得它们四只脚着地，从而可以避免很多伤害。这种能力归因于两个重要的猫科特征：“翻正反射”和独特的骨骼结构。 猫的内耳容纳着前庭系统，前庭系统告诉猫的身体相对于地面的位置，无论是倒立的、运动中的还是四处走动的。这个系统可以让猫的身体正确定位，并在摔倒后恢复平衡。

“翻正反射”是猫的一种能力，在下落时，猫通过在半空中旋转来定位身体，使它的脚朝下。动物专家说，这种本能在三到四周大的小猫身上就可以观察到，并且在七周大的时候就已经完全发展了。猫的“翻正反射”是由其异常灵活的脊骨和骨骼中没有锁骨促成的。这些因素结合在一起，可以提供惊人的灵活性和上身旋转。猫咪通过转动头部和前脚，身体的其他部分自然跟随，能够重新调整自己的方向。要了解猫是如何用脚着地的，你必须首先了解一些旋转运动的概念，因为猫在下落时会旋转。物体的转动惯量是由物体的质量与旋转轴的距离决定的。如果猫伸展它的腿和尾巴，它会增加它的惯性矩；相反，它可以通过蜷缩来减少它的惯性矩。因此，通过控制它的转动惯量，通过伸展和缩回双腿和旋转尾巴，猫可以改变它旋转的速度，使它能够控制身体的哪一部分与地面接触。

如果一只猫从高处跳下，它们几乎总是四脚着地，因为它们利用角动量守恒来改变方向。当一只猫坠落时，它的重心会沿着抛物线轨迹运动。猫以一定的角动量，绕着穿过猫的质心的轴下落。当猫在空中时，它的质心周围没有净的外部力矩作用，所以猫质心的角动量不会改变。角动量守恒使猫能够旋转身体，并减慢其旋转速度，使其安全着陆。

把猫以任何角度扔地上都是四脚着地是什么定律

因为这是猫的平衡能力优良所决定的。这都要归功于猫有发达的平衡系统和的完整的身体保护机制。当猫从高处落下，身体失去平衡，眼睛就能立刻感到，耳的平衡系统也会感到，并通过内耳神经系统立即把这一感觉传给大脑。

大脑立即发出指令作用于全身的神经系统，使骨骼肌收缩或舒张，将失去平衡的身体恢复到正常位置。猫尾巴的维持平衡中也起到很大作用，当猫在围墙等较高而窄的物体上行走时，总是将尾巴高高地竖起，如同飞机的机翼一样，使身体保持平衡。

猫有发达的平衡系统和完善的机体保护机制。这种现象被称为猫的翻正反射。当猫从空中下落时，即使背朝下，四脚朝天，在下落过程中，猫总是能迅速地转过身来，当接近地面时，前肢已做好着陆的准备。这种现象被称为猫的翻正反射。

猫脚趾上厚实的脂肪质肉垫，能大大减轻地面对猫体反冲的震动。可有效地防止震动对各脏器的损伤作用。猫的尾巴也是一个平衡器官，如同飞机的尾翼一样，可使身体保持平衡。

扩展资料：

拥有最大的爪子的猫科动物是狮子，猫科动物的前爪有五个脚趾，后爪则有四个。它们的前爪同时还是防御和狩猎时强有力的武器，这在攀爬或站在摇摇晃晃的树干上时，也成了最佳工具。它们的每个脚趾都长有利爪，这些利爪是从脚趾的最后一块骨头长出来的，呈钩型。

为了确保这些利爪在行进当中保持锋利且不被折断，并能让它们的步伐悄无声息，它们的利爪在大部分时间里都收于脚掌之下。

参考资料来源：百度百科-猫

参考资料来源：百度百科-黄油猫悖论