但在19世纪后期，最初让物理学家感到困惑的并不是这些动物从令人眩晕的高度坠落。相反，专家们被一些照片难住了，这些照片显示猫在下落时绕着自己的轴线旋转，然后用脚着地。当时的照片显示，一个人抓着猫的腿，让猫的背面向地面。然后动物被释放。起初，这只猫在空中倒挂着，背部面向地面。但在接下来的镜头中，发生了一些似乎违反物理定律的事情:猫转过身，用爪子着地。
当然，人们从日常观察中知道这些四足动物可以在空中转身。但是，假定它们是通过从它们落下的表面推开物体而获得这种运动所必需的动量的。这是因为根据角动量守恒，一个不旋转的物体不可能在没有外界影响的情况下突然旋转。然而，这正是照片所显示的。起初，猫笔直地掉了下来。然后它设法绕自己的轴旋转。这怎么可能呢?
这一现象困扰着许多科学家，包括以电磁学研究而闻名的物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦。他做了几个实验，把猫从不同的高度(包括打开的窗户)扔到床上和桌子上。但直到1969年，“掉落的猫问题”才得到解决。事实证明，这只猫的尸体没有被仔细考虑过。它不只是一个神奇地开始旋转的圆柱形物体。如果你仔细观察，你会发现猫的上半身和下半身是相反方向旋转的。这样，角动量守恒被保留了。如果动物像胡椒磨一样在两个不同的方向上旋转，角动量的变化为零。
但是猫是如何用爪子着地的呢?为了做到这一点，猫科动物利用了经典力学的物理定律:通过将前爪靠近身体，它们减少了转动惯量。像花样滑冰运动员一样，他们的上半身绕着自己的轴线快速旋转。它们的后腿则起到了相反的作用。他们伸展腿，尽可能制造大的转动惯量。因此，上身旋转的角度很大，而腿在相反方向的旋转较少。这种动物极其灵活的脊椎使这种运动成为可能。一旦上半身现在处于正确的位置(即头部垂直于地面)，猫就可以伸出前爪，收紧后腿，并在相反的方向上进行胡椒磨一样的运动，这样它们的后爪也会在地面上对齐。通过这种方式，动物们总是设法用四肢着地——遵循所有的物理定律。
物理定律表明，下落得越高，撞击就越严重。但20世纪80年代的一项研究描绘了一幅不同的画面——至少对猫来说是这样。纽约市的两名兽医描述了1984年6月至11月期间发生的132起猫从高层建筑32层高处坠落的病例。总的来说，90%的猫活了下来。当兽医们记录下这些损伤时，他们做出了一个惊人的观察:虽然损伤的严重程度会增加到大约七层楼的高度，但之后似乎会降低。换句话说，对于一只猫来说，从11楼摔下来比从6楼摔下来要轻得多。
这些猫科动物似乎又一次打破了物理定律。物体下落的地面越高，它受到地球引力加速的时间就越长。因此，它的速度会越来越快，直到最终落地。突然的撞击将动物从坠落的动能转化为其他形式的能量，这可能导致骨折，肺萎陷，甚至更糟。因此，从高楼层坠落比从低楼层坠落更令人不快。
但是这种思考猫自由落体的方式忽略了空气阻力。毕竟，猫不是在真空中掉到地上的，而是在空气中移动，空气可以减缓它们的下落。因此，在猫下落时，有两种相反的力作用在猫身上:重力Fg和摩擦力FR，使它减速。虽然Fg有一个非常简单的形式，仅仅是猫的质量m和重力加速度g的乘积，空气阻力取决于横截面积a，阻力系数cW，空气密度ρ和下落物体的速度v: FR=?x ρ x a x cW x v2。在开始下落时，猫的速度为零，所以只有重力引起的加速度作用于它，但随着v的增加，相反的摩擦力就会产生。因此，为了确定动物的具体运动，必须计算总力(Fg - FR)。这就决定了哪个加速度作用在一定重量m的猫上:m x a=Fg - FR。
加速度对应于速度的变化，它可以用数学上的导数来表示，a=d / dt v.所以如果你想计算猫在某一时刻的速度，你必须解决一个复杂的方程组，包括速度本身和它的导数(加速度):m x d / dtv=m x g - 1 / 2 x ρ x a x cW x v2。对于这样的微分方程，往往没有精确解。在这种情况下，可以计算出对应于双曲正切的速度的解。根据东南路易斯安那大学的物理学家瑞德·阿兰在《连线》杂志上的计算，根据猫的横截面和重量，你最终会得到一条曲线，它在开始时快速增长，然后趋于平缓并收敛到一个恒定值:在空气阻力最终变得如此强大以至于它不再加速之前，动物在下降的开始迅速获得速度。
你也可以很容易地计算出这个终端速度，或最高速度限制。因为终端速度是在摩擦力和重力一样大的情况下产生的，在这种情况下，这两个力相互抵消，一个下落的物体以恒定的速度向地面坠落。所以你只要解出方程m x g=1 / 2 ρA cW v2，就得到v=√(2mg / ρ ac)
要给出猫的终端速度的特定值，只需要为变量插入数值。虽然人们可以估计出猫的重量和横截面积，但阻力系数却很难确定。假设一只猫重4公斤(约8.8磅)，长50厘米(约19英寸)，宽15厘米(近6英寸)。这些测量将使动物的横截面积为a=0.075平方米。猫也可以有一个圆柱体的阻力系数(cW=0.8)。那么动物的最终速度是:v=32.68米每秒，相当于每小时不到120公里(或74.5英里)。
为了找出猫在什么高度达到这个终极速度，人们可以解微分方程，从而计算出撞击时的速度作为坠落高度的函数。
从图中可以看出，在100米的下落高度上，猫的速度已经达到了每秒30米。因为人们已经观察到猫从更高的建筑物上(比如从32楼)摔下来后还能存活，理论上它们可以在最高时速120公里的撞击下存活下来。因此，从理论上讲，这些动物从任何能想到的高度摔下来都能活下来。
但这种终极速度计算并不能解释纽约兽医的观察结果:为什么猫从七楼或更高的楼层摔下来比从更低的楼层摔下来更能存活下来?一种解释与动物的经验有关。
当猫从较低的高度坠落时，它会在短时间内处于失重状态。因此，它会本能地把腿伸到身下，四肢着地。然而，在高处坠落时，这种策略就没有用了:由于动物的体重分布不均匀，对齐的腿会导致严重的伤害。这种差异也许可以解释为什么存活率随着高度的增加而下降——至少在七楼以上。但在较大的下落高度，摩擦力在下落过程中变得明显。兽医们推测，这就是为什么猫不再有摔倒的感觉。因此，它可以放松，不会伸展它的腿。它的着陆更平缓，重量分布更均匀，因此生存的机会更大。
但对于这一现象还有一个更简单的解释——尽管对动物爱好者来说更令人沮丧。兽医的发现可能反映了所谓的生存偏差。如果一只猫从高处摔下来当场死亡，主人可能不会费心去兽医诊所。因此，未报告的死亡人数可能高于医疗专业人员记录的死亡人数。
这篇文章最初出现在《光谱》杂志上，并经许可转载。