輪子是科學領域最偉大、最重要、最重大的創新之一。然而,我們大多數人都忽略了一個關於轉動的輪子的有趣觀察。有時,在電影或廣告中,人們會看到汽車的輪子向後旋轉,儘管汽車正在前進。為什麼?讓我們來探究一下這一有趣現象背後的原因吧!
這種現象在高速行駛的車輛中很常見,你坐在車裡觀察另一輛汽車輪子的運轉就可以發現這個現象。運動方向的感知既受車輪速度的影響,也受攝像機捕捉速度的影響。透過圖表和數學,我們可以說明這兩個因素對觀察到的運動方向的影響。
我們建立了兩個例子,描述了觀察到的輪子在順時針和逆時針方向上的運動。在這些情況下,我們將改變車輪的速度,並保持相機的捕捉速度相同。我們發現,在低速情況下,車輪被注意到是順時針方向旋轉,而在高速情況下,它被認為是逆時針方向旋轉。
對於一個緩慢移動的汽車的車輪,如下圖所示,我們從一個方位為0°的車輪開始。在每一次觀察中,相機捕捉到的每一幀,它順時針移動30°,如圖所示。因此,我們觀察到車輪順時針運動。
對於一輛快速移動的汽車的輪子,如下所示,我們再次從方位為0°的車輪開始。但現在,相機捕捉到的每一個觀測結果,輪子都會順時針旋轉300°。這種順時針300°的運動也可以認為是逆時針60°的運動。我們的大腦總是把動作解釋為角度最短的動作。因此,即使輪子順時針運動,我們觀察到的卻是逆時針運動,也就是說,輪子在反向運動。
這種感覺車輪在向後移動的視覺錯覺,實際上是車輛在向前移動,這被稱為車輪效應。