Почему, когда машина едет вперед, кажется, что ее колеса крутятся назад? Смешной вопрос, который очень часто возникает как у детей, так и у взрослых. А главное, – мало кто может дать на него достойный ответ. Даже заядлые водители не могут объяснить природу этого феномена.
Действительно, глядя на движущееся по ровному асфальту авто, нам часто кажется, что его колеса либо стоят на месте, либо крутятся в противоположную сторону вопреки всем законам физики. Попробуйте снять это на камеру, и эффект никуда не исчезнет. Более того: именно на видеосъемке этот эффект чаще всего и замечают.
В чем секрет? Всегда ли работает этот эффект? Что на него влияет? Играет ли роль освещение?
Почему так происходит?
Обратите внимание на то, что когда машина едет медленно, ее колеса крутятся, как и подобает, вперед. Но стоит автомобилю разогнаться, и нам кажется, что диски сначала останавливаются, а потом начинают вращаться назад, в обратную сторону. Стало быть, скорость имеет значение?
Да, скорость играет роль, но не только она провоцирует этот эффект. Не последнее место в этом играет свет, но в то же время крутящиеся назад колеса вы можете увидеть при любом освещении.
В общем, вы смело можете называть это оптическим обманом зрения, иллюзией, искажением зрительного восприятия. Как хотите.
Научное название этого феномена – стробоскопический эффект , то есть искажение восприятия движения освещенных объектов. Он возникает, когда наблюдение за объектом идет с каким-то временным интервалом, пусть и крайне маленьким. Таким как, например, смена кадров на видеозаписи.
Наш мозг воспринимает наблюдение как непрерывное, но на самом деле оно состоит из совокупности крохотных кусочков. Это подсознательное «склеивание кусочков в единое целое» наблюдается при просмотре пленочных фильмов: там каждый кадр сам по себе, и каждый последующий кадр отличается от предыдущего лишь немного. Но это изменение мы воспринимаем за движение.
В случае с автомобилем мы также воспринимаем за единое целое кусочки того, что видим. Точнее, того, что показывает нам мерцающее освещение.
Когда машина едет, этот эффект возникает из-за движения спиц на диске. Пока авто движется медленно, мы видим, как эти спицы вращаются вперед, в соответствии с направлением движения автомобиля.
Потом водитель жмет на газ, и частота вращения колеса увеличивается до такой степени, что спицу мы видим в одной и той же точке. Для нас колесо как бы замирает.
В действительности спицы просто попадают в необходимую частоту, и потому в момент восприятия в нужной точке всегда оказывается какая-то из спиц. Картинка колеса для нас остается одинаковой, из-за чего мы воспринимаем это за отсутствие движения, за состояние покоя.
Но стоит автомобилю разогнаться еще сильнее, и наш глаз начинает ловить спицу в «отстающем положении», то есть под некоторым углом от предыдущего состояния. И поэтому когда машина едет вперед, нам кажется, что ее колеса крутятся назад.
Кстати, этот эффект вы можете наблюдать не только на колесах автомобиля. Достаточно присмотреться к работе вентилятора или вертолетных лопастей.
Если бросить взгляд на проезжающее рядом на высокой скорости авто, может показаться. Что колеса вращаются в обратном направлении, хотя такого в принципе быть не может. Частенько и дети задают родителям вопросы из разряда: «Машина еде вперед, а колеса назад крутятся. Почему?». Многие промычат что-то в духе царя из старого советского мультика: «Оптический обман зрения», в надежде, что этого вполне достаточно. В чем же на самом деле причина подобной «иллюзии»?
Когда автомобиль только начинает движение на малой скорости, колеса, как и положено, крутятся в одном направлении с ним. Но стоит ему только набрать солидную скорость, как наблюдателям начинает казаться, будто диски застыли или же вообще наплевали на все законы физики и решили крутиться в обратную сторону.
Якобы вращающиеся не в ту сторону колеса обычно порождают множество спорах на просторах всемирной паутины. Некоторые «эксперты» утверждают, что это еще один из трюков освещения, другие же авторитетно заявляют что все дело в видеокамере. Но ни одно из не является истиной.
На самом деле все объясняется стробоскопическим эффектом. И, да, это действительно обман зрения. Который, если быть точным, вызывается искаженным восприятием движения спиц диска колеса. Обусловлено это не только «мерцанием» элементов на свету, но и устройством нашей зрительной системы. Когда объект «подсвечивается», находясь на в одном положении, кажется, будто он не двигается, перемещается вперед — значит движение есть. А вот если скорость реального движения объекта очень высокая и «мерцание» происходит чаще, глаз не успевает зафиксировать прохождение объектом полного круга, начинает казаться, что вращение происходит в обратную сторону.
И подобный эффект мы можем наблюдать не только на дисках автомобиля. Если посмотреть на лопасти вертолета или вентилятора, тоже будет казаться, что они двигаются в обратную сторону.
Фото с интернет-ресурсов
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.
ДАНО
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.
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»).
Иногда во время движения автомобиля создается ощущение, что колеса находятся в неподвижном состоянии или даже вращаются в обратную сторону. Почему так происходит? Давайте , 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 . 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.