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为什么有时车轮看起来是倒转的?为什么自行车不能倒骑?

发布者:系统管理员来源:本站发布时间:2020-04-29 08:22:18阅读:8字体:[默认][大][小]

     在生活中,汽车轮胎、自行车轱辘都是人们司空见惯的东西,你可能每天都会见到它们在路上旋转、奔驰,但是在这看似普通的旋转中,却藏着一些你不知道的科学小知识。


  下面就跟着我们一起,了解一下这些科学“转圈圈”吧!


  电影里的车轮为什么看起来是倒着转的


  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”,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。


  示意图里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。


  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。利用这种“车轮效应”,还能制造出不少有趣的视错觉体验。


  汽车能倒车为什么自行车不能倒骑


  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。


  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,车轮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。


  在自行车的飞轮结构中,棘爪(又称为千斤)会嵌在飞轮内缘的棘齿槽中。正常骑车时,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,但它们采用的结构就与一般自行车不同了。


  (来源:《万物》杂志官方微信“把科学带回家”)

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