奇特的车轮

你曾经透过栅栏间的缝，或者在电影上观察过跑得很快的货车或汽车的轮辐吗？如果观察过的话，那你一定曾经看到过一种怪现象：汽车在飞快地前进，而它的轮子只是在慢慢地转，或者根本不转。不但这样，有时候这些车轮甚至还是朝着相反的方向转！这种情况在电影上比透过栅栏看更加清楚些。

这种错觉是这样奇怪，不管是谁，第一次看到的时候都会感到莫名其妙的。

原因是这样的：你顺着栅栏走，透过栅栏上的缝看车轮旋转的时候，你一定不能连续地看见那些轮辐，而要隔开一定的时间看到它们一次。因为栅栏上的木板每隔一定的时间要隔断你的视线一次。电影片显示给你的车轮的像也是不连续的，而是隔着一定的时间（每秒24张画面）的。

这里可能发生三种情况，让我们逐个地来研究。

第一种可能的情况是，在视线被隔断的时间里，车轮来得及转完整数的转数——这整数是多少，是2或者20都没有关系，只要是整数就行。这时候车轮的那些辐条在画面上的位置同它们在前一张画面上的位置完全相同。在下一个时间间隔里，车轮又转了整数的转数（因为时间间隔的长短和汽车的速度都是不变的），于是轮辐的位置还是同以前一样。我们所看到的轮辐自始至终都在同一个位置上，因此会得出这车轮根本不在转动的结论（图143，中间一列）。

图143　电影屏幕上车轮的奇怪运动的原因。

第二种可能的情况是，车轮在每一个时间间隔里，不但来得及转完整数的转数，并且还转了不大的小半转。看到这种变换着的画面的时候，我们不会想到这里还有整数的转数，而只看见车轮在慢慢地转（每次只转一周的一小部分）。结果我们就觉得汽车虽然走得很快，车轮却转得慢极了。

第三种可能的情况是，在两次摄影的时间间隔里，车轮来不及转完整一转，离一整转还差一小部分（例如它只转了315°，像图143第三列所画的那样）。这时候，任何一条轮辐看起来都好像在朝着相反的方向转了。这种错觉会一直持续下去，直到车轮改变它的旋转速度为止。

在我们这个解释里，还应当作一些补充。在第一种情况里，为了简单起见，我们曾经说到车轮转了整数的转数；可是车轮上的每根辐条都是相同的，所以只要让车轮转完整数个轮辐间的空隙数也就足够了。这一点在另外两种情况里也同样适用。

还可能发生另外一种情况。

如果在轮缘上做上记号，而所有的轮辐都是同一个样子的，那么有时候我们就会看到轮缘在朝着一个方向转，轮辐在朝着另一个方向转！可是如果在轮辐上做上记号，那么这些轮辐可能朝着同记号转的方向相反的方向转，记号好像会从一个轮辐跳到另一个轮辐上去。

如果在电影片上拍摄的是普通场面，这种错觉对于人们认识事物的真相还很少有妨碍。可是如果想在银幕上解释某一种机件的作用，那么这个错觉就会产生严重的误解，甚至会把机器工作的概念完全颠倒过来。

细心的观众在银幕上看到飞速前进的汽车的车轮好像不动的时候，在数了轮辐的数目以后，就很容易断定车轮每秒钟大约转多少转。电影片通过放映机头的速度，普通的都是每秒24张画面。如果汽车车轮的辐条有12根，那么这个车轮在每秒钟里旋转的转数就等于24÷12=2，或者在0.5秒里整整转了一转。这是最低的转速了，它可以是这个数目的整数倍数（两倍、三倍等）。

如果再把车轮的直径估计出来，就可以算出汽车的前进速度了。例如，如果汽车轮子的直径是80厘米，那么在这里，汽车的速度大约是每小时18千米（或36千米，或54千米等）。

上面所说的视觉错觉，技术上就用来计算旋转得很快的轴的转数。让我们把这个方法所根据的原理解释一下。交流电的电灯的发光强度并不是恒定的：每隔1/100秒光都会减弱，虽然在普通情况下我们什么闪光都没有发现。但现在让我们设想，我们是在用这种光照射转动的圆盘，如图144。如果圆盘那样转动，每1/100秒转0.25周，那么就会发生意想不到的事情：我们看不到在普通情况下所看见的均匀的灰色圆盘，却要看到黑的扇形和白的扇形相间着，好像圆盘是不动的似的。

图144　圆盘用来确定发动机的转速。

这种现象产生的原因，我想读者研究了汽车轮子的视觉错觉以后，一定会明白。至于怎样利用这种现象来计算旋转轴转数，自然也是很容易想到的。