电影里的车轮为什么是倒着转的?- 趣问万物

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电影里的车轮为什么是倒着转的?

电影里的车轮为什么是倒着转的?- 趣问万物

图源:pixabay

看电影时,大家不仅会关注剧情,还乐于找出各种穿帮镜头。经常有小伙伴会发现这么一个“bug”——向前行驶的车轮怎么是倒着转的?实际上,这并不是特效出 bug,反而是拍摄了真车才会出现这种现象,它还有个专用名——“车轮效应”(wagon-wheel effect),属于频闪效应的一种。

当现实中的汽车高速行驶时,我们的眼睛根本来不及捕捉车轮辐条的滚动,只能看到它们糊成一片。而电影画面则是摄像机对现实画面的捕捉,这个捕捉过程并不像我们看到的那样连续,摄像机更像是一个快速连拍的相机,只要足够快,就会让我们的大脑反应不过来,自动把它们脑补成连续画面,这就是“视觉暂留”现象。基于人类视觉的这一局限性,拍摄电影的摄像机通常设置为每秒拍摄 24 个画面,也就是 24 帧 / 秒的帧率。所以我们在电影中看到的车轮旋转画面已经是“删减”版了,仅由摄像机抽取的画面组成。最终呈现的视觉效果则取决于摄像机的帧率、车轮的转速以及辐条的排布方式

在下面这张示意图中,小编将车轮的辐条简化成均匀分布的 4 根,其中 1 根涂红作为标记物。辐条之间的夹角设为 α,红辐条顺时针方向角度变化设为 θ。

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“车轮效应”示意图 | 小编绘

假设这个车轮在顺时针旋转,摄像机第一次捕捉到它的画面在图 1 位置,第二次在图 2 位置,那么这个车轮旋转过的角度应该是 n 圈 +θ(n 为自然数),但在我们的眼睛看来,它就只是顺时针旋转了 θ。同理,若旋转角等于 nα,如图 3 位置(θ=α)时,车轮看上去会是静止不动的。而在图 4 中,θ 角接近 360°,可我们的大脑并不想费劲地绕个大弯,于是便就近地认为辐条是逆时针转了 360°-θ 的小角度。

总而言之,和我们做数学题时的逻辑分析不同,眼睛只管自己看到了什么,大脑也总是倾向于选择最轻松的解读方式。不仅是在摄像机中,在频闪灯光,比如日光灯(每秒闪烁 100 次左右)下也可观察到类似现象。利用这些频闪效应,还能制造出不少有趣的视错觉体验(拓展视频见文末)。

 

为什么汽车能倒车,自行车不能倒骑?

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图源:pixabay

虽说“车轮效应”是种视错觉,但现实中的汽车轮胎还是有倒转的情况,没错,就是倒车。倒车说来容易,可却没见过哪辆自行车能倒骑的,除非你下车推……自行车的后轮毂上安有由链条和齿轮组等部件构成的传动装置,当我们向前蹬脚踏板时,会驱动链轮旋转,链轮上的链条随之转动,带动后轮轴上飞轮等部件旋转,这样后轮就带着前轮骨碌碌地向前滚了。

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自行车结构示意图(飞轮位于后轮轴上)| 图源:维基百科

然而,当你试图反方向蹬踏板时,链条却会变得很松,无论你怎么蹬,轮胎都不会有丝毫倒转的倾向。原因就在于自行车的飞轮是一种“单向机构”,只能单向运作。

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飞轮简化示意图 | 图源:Wikipedia

从上图的飞轮结构中,你可以看到一个红色的棘爪(又称为千斤),嵌在飞轮内缘的棘齿槽中。正常骑车时,上图飞轮逆时针旋转,棘齿槽会卡住棘爪,将转动力通过棘爪传给后轴,进而带动后轮转动。但是当上图飞轮顺时针旋转时,棘爪和棘齿就会滑开,没有了它们的配合,自行车便会失去动力。这就是为什么自行车只能单向骑行。不过,用于表演杂技的一些特殊自行车确实有能倒骑的,它们采用的结构就与一般自行车不同了。即使自行车可以倒骑,在日常生活中这么做也相当危险,所以骑过头了还是调个头比较稳。

 

陀螺转到最后为什么会倒滚?

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图源:pixabay

转完了汽车轮和自行车轮,如果你还没晕,咱们就再来转个小的。玩儿过陀螺的小伙伴可能会遇到这么一种情况——陀螺转到最后,快撑不住的时候竟然来了一波反向操作,倒滚了几圈了才停下。按常理来说,陀螺就算倒下也理应顺从惯性,沿着旋转方向滚动,怎么会突然反转呢?这种现象确实存在,产生的原因与陀螺自身特点和地面的材质有关,最关键的一点是陀螺与地面都不能太过光滑。当陀螺转啊转,终于累得慢下来,便会失去平衡,旋转着倒向地面。此时,陀螺与地面的接触面积突然增大,地面对陀螺的摩擦力也随之大增,方向与陀螺转动方向相反。如果陀螺无法克服这个摩擦力,它的前进就会受到阻碍。同时,陀螺在倒地瞬间与地面的接触点会产生微小的形变,这个形变就像弹珠撞击地板一样会带来反弹作用,再加上陀螺自身形状的特点,便让它整个朝反方向滚去,但自转方向并不会反转。转到这里,是时候停下了……要是你还觉得不过瘾,就到文末看看如何转好陀螺吧!

如果你看到陀螺一直没有停下,那就说明……

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