Почему кажется что диски крутятся в обратную сторону
Опубликовано: 15.05.2024
Иногда во время движения автомобиля создается ощущение, что колеса находятся в неподвижном состоянии или даже вращаются в обратную сторону. Почему так происходит? Давайте разберемся в принципах красивой оптической иллюзии, которую мы часто видим на дороге.
Мы наверняка не раз видели на дороге, по телевизору, в Интернете как колеса автомобиля вращаются вопреки законам физики. То есть колеса вращаются в обратную сторону, несмотря на движение машины в другую сторону. Возможно, эта иллюзия озадачила вас. Самое удивительное, что когда автомобиль трогается с места, сначала вращение колес может казаться нормальным и естественным. То есть вращение колес происходит в правильном направлении. Однако, как только вращение колес достигает определенной скорости, спицы, лучи колесных дисков иногда начинают двигаться в другую сторону или даже перестают вращаться. Что же происходит?
Эта иллюзия демонстрирует, как работает наша функция зрения и как мозг может интерпретировать и обрабатывать информацию, получаемую с органов зрения. Наши глаза способны работать на частоте 200 кадров в секунду при обработке нормального статичного изображения. Но когда дело доходит до фиксации и обнаружения движения, то согласно исследованиям установлено, что зрительная система человека может обнаруживать изменение в движении (например вращение колеса) только со скоростью 13 кадров в секунду.
Хотя, как мы уже сказали, наши глаза и мозг могут обрабатывать информацию с большей частотой кадров. Но информацию о движении объекта мозг может обрабатывать только со скоростью 10-15 кадров в секунду. Хотя установлено что эта скорость обработки информации нашим мозгом с органов зрения может быть увеличена с помощью специальных тренировок.
И так давайте на примере вращения колеса подробнее узнаем, как работает наше зрение и как обрабатывает информацию наш мозг. Предположим, что автомобильное колесо имеет четыре спицы или четыре луча колесного диска, расположенные под углом 90 градусов друг к другу. Представим, что один луч повернут на 12 часов (если представить колесный диск в виде циферблата часов). Теперь представим вращение колеса по часовой стрелке.
Если колесо на небольшой скорости будет двигаться вперед, то луч, расположенный на положении 12 часов переместиться на положение 2 часа. В этом положении наш мозг будет обрабатывать информацию, полученную от органов зрения как отдельный кадр. В этом случае мы будем видеть не отдельные кадры, а непрерывную картинку движения колеса в обычную сторону при движении автомобиля вперед.
Однако если колесо будет вращаться с большой скоростью, то наш мозг будет не успевать обрабатывать каждый кадр получаемой информации о вращении колесного диска. То есть, интервал вращения спиц или лучей колесного диска, расположенных под углом 90 градусов будут попадать на три, шесть, девять и 12 часов в тот момент, когда наш мозг не будет успевать обрабатывать предыдущие кадры. В итоге при определенной скорости вращения колес нам может показаться, что колесные диски остановились, несмотря на движение машины.
То есть, наш мозг, запомнив первоначальное положение колесных спиц или лучей из-за низкой скорости обработки информации (в среднем 13 кадров в секунду), не успевая обрабатывать каждый кадр, будет думать, что колесо стоит на месте.
При увеличении скорости вращения колес, начинает появляться обратный эффект неэффективности обработки визуальной информации нашим мозгом, который заключается в том, что нашему мозгу будет казаться, что центральная спица или луч колесного диска, расположенный ранее на положении 12 часов, после каждого круга вращения будет смещаться против часовой стрелки на 1 час назад, то есть на 11 часов. В итоге после обработки информации наш мозг будет ошибочно думать, что колесо вращается в обратном направлении.
Вот почему, несмотря на движение вперед, наш мозг будет интерпретировать движение колес на определенной скорости в обратную сторону. Все дело в нехватке скорости обработки зрительной информации.
То же самое происходит и при просмотре видео по телевизору или в Интернете, на котором снято движение автомобиля со скоростью 50 кадров в секунду. В идеале мы видим правильное вращение колес на таком видеоролике при скорости полного оборота вращения колеса меньше 1/50 в секунду. Как только скорость вращения колеса сравняется со скоростью работы камеры или станет выше, то камера снимающая ролик будет не успевать фиксировать полное вращение колесных спиц и лучей и нам будет казаться, либо что вращение колеса прекратилось, либо колесо, несмотря на движение машины вперед, начало вращаться в обратную сторону.
Также аналогичный эффект вы можете увидеть при работающих лопастях вертолета или при движении пропеллеров авиадвигателей.
Если следить за колесами машины, когда она набирает скорость, можно заметить, что в какой-то момент кажется, будто они останавливаются, после чего начинают двигаться назад. Почему так происходит и можно ли с помощью таких наблюдений определить скорость авто?
Объяснить, почему иногда колеса машин могут останавливаться и даже начинать крутиться в обратную сторону, поможет физика и биология. А именно, стробоскопический эффект. Дело в том, что у нашего глаза есть предел частоты смены кадра, которую он может увидеть.
Для разных людей этот показатель разный, но, как правило, мы можем различать действия, длящиеся около 20 миллисекунд. Иначе говорят, предел частоты смены кадров для нашего глаза составляет 50 FPS (frames per second — кадров в секунду). После этого мы начинаем видеть события не в виде отдельных кадров — они сливаются в одно действие.
То же самое происходит, когда мы смотрим на вращающиеся колёса автомобиля: сначала он едет медленно и мы можем заметить вращение диска, но после достижения определенной скорости колесо кажется неподвижным. Это происходит, из-за того, что спицы на диске колеса расположены симметрично через четко заданный угол. При определенной скорости спицы так быстро проходят угол, разделяющий их, что кажется, будто они не сдвинулись с места.
Как мы писали выше, в среднем наш глаз способен заметить событие, которое длится не менее 20 миллисекунд. Значит, колесо останавливается для нашего глаза, когда спица проходит расстояние до другой спицы за это время. Диаметр колеса у машин различается, но возьмём значение в 60 сантиметров как среднее. Тогда длина окружности получится равной 188,5 сантиметров.
Допустим, в диске машины пять спиц, а значит они разделены расстоянием примерно 37,7 сантиметров по внешнему диаметру колеса. Значит, чтобы колесо «остановилось», надо, чтобы за 20 мс оно прошло как минимум 37,7 сантиметров. Значит, скорость его вращения должна быть равной примерно 65 километров в час. После достижения этой скорости колеса начинают для наблюдателя вращаться в обратную сторону, так как спицы начинают проходить за 20 мс расстояние больше, чем разделяет их.
А действительно, почему? И как вообще это возможно? И сталкивались ли лично вы с таким эффектом?
Кстати говоря, данное явление можно увидеть не всегда, а только когда машина едет очень быстро. Пока она катится медленно, мы видим, что ее колеса крутятся по направлению движения авто. Во время разгона в какой-то момент нам начинает казаться, что диски остановились, замерли. А при еще большем разгоне мы к своему удивлению наблюдаем, как колеса машины начинают крутиться в противоположную сторону.
Это иллюзия, оптический обман, называемый в физике стробоскопическим эффектом (искажением восприятия двигающихся объектов). То есть мы видим то, чего нет. Или видим не так. Как это получается?
Наше зрение воспринимает информацию не непрерывно, а покадрово. Вдобавок свет, который кажется нам постоянным, на самом деле мерцает. Когда объект движется слишком быстро, мы видим его положение попеременно в разных точках, и когда мы видим его все время в одной и той же области, нам кажется, что объект неподвижен.
Например, глядя на крутящееся колесо, мы реагируем на движение спиц диска. Пока колесо крутится медленно, наш глаз в состоянии регистрировать движение спицы, отклонение ее положения на определенный угол. Поэтому мы видим, что колесо вращается по направлению движения машины. Это не обязательно должна быть та же самая спица, просто частота вращения колеса такова, что оказавшаяся в нужном месте спица находится под небольшим углом (по направлению движения) к предыдущему состоянию.
Но в какой-то момент скорость автомобиля становится достаточно большой, а частота вращения увеличивается до такой степени, что в момент регистрации глазом колеса какая-то из спиц все время занимает одно и то же положение. И у нас создается впечатление, что колесо не крутится, хотя машина едет.
Как только частота возрастает еще больше, создается эффект «недокрученного колеса». Глаз замечает спицу диска в «отстающем» положении. Вот и получаем: машина движется вперед, но нам кажется, что ее колеса крутятся назад.
Это явление можно наблюдать как при дневном свете, там и при искусственном уличном освещении. И даже темной ночью. Главное, чтобы движущееся колесо хоть как-то подсвечивалось, потому что стробоскопический эффект – это искажение восприятия ОСВЕЩЕННЫХ движущихся объектов. Кстати, в объективе видеокамеры этот эффект тоже никуда не пропадает. Крутящиеся в обратную сторону колеса можно увидеть как своими глазами, так и на видеозаписи.
Очень часто глядя на двигающийся на высокой скорости автомобиль - как в живую, так и по телевизору, создается впечатление, что его колеса крутятся в обратную сторону, что в принципе не возможно. Почему же так кажется мы и постарались разобраться.
Еще с детства некоторые любопытные дети терроризировали своих родителей этим вопросом, как так получается, что автомобиль движется вперед, а колеса едут назад. Для маленьких непосед познающих мир с огромным интересом из окна машины, это поистине чудо. Как часто получается, иногда даже взрослые не могут ответить на интересующий родного чада, слишком сложный или неудобный вопрос.
Так давайте вместе постараемся разобраться в данной проблеме, чтобы в очередной раз вы не попали в неловкое положение, из-за незамысловатого вопроса.
Пример
При трогании машины, колеса вместе с ней начинают крутиться в одном и том же направлении. Но, при наборе чуть более высокой скорости, тем кто смотрит на машину со стороны может показаться, что ее колеса остановились и даже начали вращаться в обратную сторону, вопреки всем законам физики.
Крутящиеся в противоположную сторону колеса разжигают горячие споры в сети. Одни говорят, что такая иллюзия происходит только при нужном свете, другие заявляют, что освещение не играет роли, а ответ скрывается в настройках видеокамеры снимающей движущийся автомобиль.
Однако, все эти предположения не правильные, так как автомобиль с вращающимися в обратную сторону колесами можно увидеть не только по телевизору или на видео, но и своими глазами на улице. Так же как и при любом освещении и даже вечером.
Ответ
Разгадка такого вращения колес кроется в стробоскопическом эффекте. Это и есть самая настоящая оптическая иллюзия, которая наступает при искаженном восприятии движущихся предметов, в данной ситуации именно спиц колеса. Вызванная как мерцающем освещением, так некоторыми биологическими свойствами зрительной системы человека.
Говоря понятным языком, когда на спицу колеса падает свет (будь то луч солнца или фонарь уличного освещения) в одном и том же положении, нам видится, что она остановилась.
Когда скорость вращения диска меньше, а между подсветкой спицы проходит чуть больше времени, точка за которой наблюдают наши глаза успевает сделать чуть больше целого оборота диска и поэтому на кажется, что диски крутятся вместе с машиной в правильном направлении. (Схема а)
Если скорость увеличилась, мерцания спицы происходят чаще, поэтому точка не успевает сделать полный оборот и нам кажется, что колеса крутятся назад. (Схема б)
Подобную оптическую иллюзию можно увидеть не только глядя на автомобильные колеса, также она появляется у лопастей вертолета или вентилятора, винтах самолета и т.д.
Многие уже в детстве терроризируют своих родителей вопросом, почему же у машины, которая едет вперед, колеса крутятся назад. Для ребенка, изучающего мир с неуемным любопытством из окна автомобиля, это настоящее волшебство. Тем более, что далеко не все взрослые могут удовлетворить интерес своего чада, регулярно подбрасывающего то неудобные, то слишком сложные задачки.
«Ну, вот такая вот зрительная иллюзия», — неуверенно промычит отец в надежде, что пытливому сыну этого «вразумительного» ответа будет вполне достаточно. И хотел бы он рассказать мальчишке, что именно происходит в тот момент, когда картинка перестает соответствовать реальности, да не может, потому как сам не знает. Так попробуем же разобраться в «пролеме», чтобы в следующий раз вы не попали впросак.
Когда автомобиль трогается с места, его колеса начинают «движение» вместе с ним — в том же направлении. Однако как только машина набирает более-менее высокую скорость, тому, кто наблюдает за ней со стороны, кажется, что диски замерли в одном положении или же «отправились» в обратную сторону вопреки всем законам физики. Подобное можно увидеть как воочию, так и на видеоролике.
Вращающиеся в обратную сторону колеса порождают оживленные дискуссии в интернете. Одни утверждают, что такой визуальный эффект возможен лишь при определенном освещении, другие уверены: свет может быть любой, а разгадка кроется в параметрах видеокамеры, которая снимала движущийся автомобиль.
На самом же деле ни то, ни другое предположение не является всецело корректным. Поскольку, как мы уже сказали, увидеть машину с «гуляющими» колесами можно не только по телевизору, но и вживую. Не только при искусственном, но и при дневном свете.
Что будет, если в мотор вместо бензина АИ-92 залить АИ-100
Зачем водители открывают окна, когда в машине есть кондиционер
РЕШЕНИЕ
Все дело в стробоскопическом эффекте. И да, это ни что иное, как оптический обман зрения, возникающий при искаженном восприятии движущихся предметов: в нашем случае — колес автомобиля, а точнее — спиц колесного диска. Обусловлен он как «мерцающим» освещением, так и рядом биологических факторов, в частности, строением зрительной системы человека.
Если говорить простым языком, то когда спица диска подсвечивается солнечным лучом или придорожным фонарем в одном и том же положении, нам кажется, будто она замерла. Между вспышками проходит чуть больше времени? Значит точка, за которой следит наш глаз, успевает сделать полный оборот и «проехать» еще немного вперед — мы видим, что колесо «движется» в одном направлении с машиной (схема «а»). Мерцания, напротив, происходят чаще? Пожалуйста: диск как бы не «докручивается», и мозг воспринимает это как обратное вращение (схема «б»).
…Кстати сказать, подобный эффект можно наблюдать не только, глядя на колесные диски автомобиля. Точно так же наш орган зрения воспринимает, скажем, лопасти вентилятора или вертолета.
Читайте также: