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

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.

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 колеса автомобиля «крутятся» в обратную сторону, когда он едет?

В данной статье мы постараемся найти ответ на вопрос почему колеса автомобиля крутятся в обратную сторону, когда он едет. Очевидным является тот факт, что направление вращения колес с увеличением скорости не меняется. Возникает вопрос, почему колеса автомобиля крутятся в обратную сторону, когда скорость движения увеличивается.

С ранних лет будущих автомобилистов мучает вопрос, с чем связано то, что колесные диски транспортного средства, движущегося в одном направлении, крутятся в обратную сторону. В этом возрасте данное явление придает еще больше волшебства, что усиливает желание оказаться на водительском сидении за рулем и лично управлять автомобилем.

Далеко не все родители могут найти ответ на этот вопрос для объяснения своему малышу. Максимум, что приходит на ум, это то, что на самом деле вращение происходит правильно, по часовой стрелке, это только впечатление такое создается. И хотелось бы объяснить ребенку, почему так происходит, но к сожалению, многим взрослым ответ не известен.

Начало движения

Во время старта и до тех пор, пока автомобиль не разовьет определенный скоростной режим, четко видно, что колеса вращаются в направлении движения. К тому моменту, когда автомобиль разогнался, наблюдающим со стороны начинает казаться, что колесные диски установлены в одном положении, после чего начали вращение в обратном направлении.

Это можно наблюдать как в живую, так и на видеозаписи. Этот факт становится причиной многочисленных дискуссий и обсуждений. При просмотре видеороликов одни утверждают, что причиной «обратного» вращения является разрешения камеры и съемочного оборудования. Это мнение ошибочно, так как мы уже упоминали выше, что данный факт можно увидеть не только на экране, но и в жизни.

Стробоскоп

Тайна «обратного» вращения заключается в эффекте стробоскопа. Искаженное восприятие вращающегося предмета заключается в оптическом обмане. Обуславливается это мерцанием света между спицами колесного диска и особенностями строения человеческих органов зрения.

На доступном для ребенка языке, объяснением является тот факт, что луч света попадает на спицу в одном и том же положении, что создает эффект ее фиксирования на одном месте. При эффекте обратного вращения – спица докручивается, а человеческий мозг расценивает это как вращение в обратном направлении.

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, когда авто едет вперед, нам кажется, что его колеса крутятся назад

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.