Почему кажется, что колеса крутятся назад при движении вперед?

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.

Почему при вращении колес с определенной скоростью они вращаются в обратном направлении?

Оптическая иллюзия вращения автомобильных колес.

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.

Почему, когда машина едет вперед, кажется, что ее колеса крутятся назад

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.

Почему иногда кажется, что колеса быстро едущей вперед машины крутятся назад?

23 мая 2011 года

Это результат стробоскопического эффекта

Возникает он вследствие инерции зрения: в сознании наблюдателя зрительный образ сохраняется некоторое время после того, как вызвавшая его картина исчезает. Чаще всего иллюзию неподвижных колес стремительно несущегося авто можно видеть в кино. Мы засекаем вращение колеса по движению наиболее заметных его деталей, прежде всего спиц (или их рельефной имитации на автомобильных колпаках). Кинолента запечатлевает действительность лишь в отдельные моменты, и при стандартной скорости на ней получается 24 изображения в секунду. Если в промежутке между кадрами колеса делают один или несколько полных оборотов, то стороннему наблюдателю будет казаться, что они стоят на месте. Если колеса будут делать чуть больше, чем один или несколько полных оборотов, то будет казаться, что они вращаются, но медленнее, чем движется автомобиль. Возможен и третий вариант: если колеса немного недотягивают до целого числа полных оборотов, то спицы «сдвигаются назад» и кажется, что колеса вращаются в обратном направлении. В реальной жизни это явление чаще всего можно наблюдать на вечерней улице, освещенной фонарями, имеющими низкочастотную пульсацию. Наш глаз фиксирует «кадр» только во время светового импульса.

Почему вращающиеся диски вращаются назад?

Многие люди замечают, что вращающиеся колеса автомобиля, показанные в рекламе или фильме, кажутся вращающимися назад, даже если автомобиль явно движется вперед. Это особенно заметно, когда машина только начинает ускоряться или замедляться. Во время длительного выстрела автомобиля, едущего по открытой дороге, его вращающиеся ободки могут даже стоять на месте, а затем поворачиваться назад. Есть на самом деле несколько различных оптических иллюзий, которые заставляют ободки вращаться в обратном направлении.

Существует фундаментальное различие между реальным движением и видом анимации, используемой для создания иллюзии движения в фильме или видео. Когда колеса реальной машины начинают двигаться вперед, глаза человека обычно могут следить за движением отдельных спиц, пока машина не достигнет определенной скорости, и они не станут размытыми. После этого глаза могут мельком увидеть только некоторые спицы, если они освещаются внешним источником света. Это дает мозгу достаточно информации, чтобы распознать движение настоящих вращающихся дисков.

Анимация, однако, работает по другому принципу. Фактическое движение автомобиля представлено только серией неподвижных изображений, движущихся со скоростью 24 или, возможно, 30 кадров в секунду. Человеческие глаза видят одни и те же вращающиеся диски, но теперь информация поступает в мозг с другой скоростью. Если человек, говорящий в серии анимированных изображений, появляется в другом положении, мозг интерпретирует его как движение в определенном направлении. Если спица появится ниже в последующих кадрах, она будет двигаться назад в глазах разума. Даже если фактическое колесо явно движется вперед, отдельные спицы вращающегося обода могут двигаться задним ходом.

Помимо интерпретации мозгом движущихся спиц, глаза могут быть одурачены оптическим обманом, называемым стробоскопическим эффектом. Стробоскоп — это устройство, которое можно откалибровать для отправки световых импульсов с определенной частотой в секунду. Если свет стробоскопа сфокусирован на быстро движущемся объекте, таком как вращающийся обод автомобиля, отдельные элементы этого объекта могут стоять неподвижно, двигаться вперед или двигаться назад. В автомобильной рекламе внешний источник света, такой как солнце или кинотеатр, может создавать стробоскопический эффект при освещении отдельных спиц. Несмотря на то, что настоящие шины явно движутся вперед, стробоскопический эффект может создать иллюзию движения назад или даже полную остановку, подобно тому, как танцоры могут казаться неподвижными при освещении стробоскопическим светом.

Когда информация ограничена, мозг часто делает предположения, основываясь на том, что он знает. В случае вращающихся ободов относительное положение отдельных спиц и источника света, который делает их видимыми, может комбинироваться, создавая оптическую иллюзию обратного движения.