Необыкновенные колеса

Случалось ли вам через щель забора или, еще лучше, на экране кино следить за спицами колес быстро движущейся повозки или автомобиля? Вероятно, вы замечали при этом странное явление: автомобиль мчится с головокружительной быстротой, колеса же едва вращаются, а то и вовсе не вращаются. Мало того: они вращаются иной раз даже в противоположном направлении!

Эта иллюзия зрения так необычайна, что приводит в недоумение всех, кто замечает ее впервые.

Объясняется она следующим образом. Следя за вращением колеса через щель в заборе (перемещая взгляд вдоль забора), мы видим колесные спицы не непрерывно, а через равные промежутки времени, так как доски забора каждое мгновение заслоняют их от нас. Точно так же и кинематографическая лента запечатлевает изображение колес с перерывами, в отдельные моменты (24 кадра в секунду).

Здесь возможны три случая, которые мы сейчас и рассмотрим один за другим.

1. За время перерыва между съемками колесо успевает сделать целое число оборотов - безразлично сколько, 2 или 20, только бы число это было целое. Тогда спицы колеса на новом снимке займут то же положение, что и на прежнем. В следующий промежуток колесо сделает опять целое число оборотов (величина промежутка и скорость автомобиля не изменяются),- и положение спиц остается прежнее. Видя все время одно и то же положение спиц, мы заключаем, что колесо вовсе не вращается (средний столбец на рис.143).

2. Колесо успевает за каждый промежуток сделать целое число оборотов и еще часть оборота, весьма небольшую (например, 45°, как в левом столбце на рис. 143). Наблюдая за сменой таких изображений, мы о целом числе оборотов не будем и догадываться, а увидим лишь медленное вращение колеса (каждый раз на небольшую долю оборота). В результате нам покажется, что, несмотря на быстрое перемещение автомобиля, колеса вращаются медленно.

3. В течение промежутка между съемками колесо делает неполный оборот, отличающийся от полного на небольшую долю (например, поворачивается на 315°, как в правом столбце на рис. 143). Тогда какая-либо определенная спица будет казаться вращающейся в обратном направлении. Это обманчивое впечатление будет до тех пор, пока колесо не изменит скорости вращения.

Рис.143. Причина загадочного движения колес на экране кино

Остается внести маленькие дополнения в наше объяснение. В первом случае мы, ради просто ты, говорили о числе полных оборотов колеса; но так как спицы колеса похожи одна на другую, то достаточно, чтобы колесо повернулось на целое число промежутков между спицами.

То же относится и к другим случаям.

Возможны и еще курьезы. Если на ободе колеса имеется метка, спицы же все похожи друг на друга, то случается, что обод движется в одном направлении, спицы же бегут в обратном! Если же имеется метка на спице, то спицы могут двигаться в обратном направлении, нежели метка,- она будет словно перескакивать со спицы на спицу.

Когда в кино показывают обыкновенные сцены, иллюзия эта мало вредит естественности впечатления. Но если хотят на экране объяснить действие какого-нибудь механизма, то этот обман зрения может породить серьезные недоразумения и даже совершенно извратить представление о работе машины.

Внимательный зритель, видя на экране мнимо-неподвижное колесо мчащегося автомобиля, легко может, сосчитав его спицы, судить до- некоторой степени о том, сколько оборотов делает оно в единицу времени. Обычная скорость подачи ленты - 24 кадра в секунду. Если число спиц автомобильного колеса 12, то число его оборотов в секунду равно 24 : 12, т. е. 2, или по одному целому обороту за 0,5 секунды. Это - наименьшее число оборотов; оно может быть и больше в целое число раз (т. е. вдвое, втрое и т. д.).

Оценив диаметр колеса, можно делать заключение и о скорости движения автомобиля. Например, при диаметре колеса 80 см имеем в рассмотренном случае скорость около 18 км/ч (36 км/ч, 54 км/ч и т. д.).

Рис.144. Диск для определения скорости вращающегося вала

Рассмотренная сейчас иллюзия зрения используется в технике для подсчета числа оборотов быстро вращающихся валов. Объясним, на чем основан этот способ. Сила света лампы, питаемой переменным током, не остается постоянной: через каждую сотую долю секунды свет ослабевает, хотя при обычных условиях мы никакого мерцания не замечаем. Но представим себе, что таким светом освещен вращающийся диск, изображенный на рис. 144. Если диск вращается так, что делает четверть оборота в сотую долю секунды, то произойдет нечто неожиданное: вместо обычного ровного серого круга глаз увидит черные и белые секторы, словно бы диск оставался неподвижным.

Причина явления, надеюсь, понятна читателю, разобравшемуся в иллюзии с автомобильными колесами. Легко догадаться также, как можно применить это явление для определения числа оборотов двигателя.