第九章光的反射和折射·視覺 9.27奇怪的車輪

　　你曾經(jīng)透過柵欄間的縫，或者在電影上觀察過跑得很快的貨車或汽車的輪輻嗎？如果觀察過的話，那你一定曾經(jīng)看到過一種怪現(xiàn)象：汽車在飛快地前進，而它的輪子只是在慢慢地轉(zhuǎn)，或者根本不在轉(zhuǎn)。不但這樣，有時候這些車輪甚至還是朝著相反的方向轉(zhuǎn)！這種情況在電影上比透過柵欄看更加清楚些。

　　這種錯覺是這樣奇怪，不管是誰，第一次看到的時候都會感到莫名其妙。

　　原因是這樣的。你順著柵欄走，透過柵欄上的縫看車輪旋轉(zhuǎn)的時候，你一定不能連續(xù)地看見那些輪輻，而要隔開一定的時間看到它們一次。因為柵欄上的木板每隔一定的時間要隔斷你的視線一次。電影片顯示給你的車輪的像也是不連續(xù)的，而是隔著一定的時間（每秒24張畫面）的。

　　這里可能發(fā)生三種情況，讓我們逐個地來研究。

　　第一種可能的情況是，在視線被隔斷的時間里，車輪來得及轉(zhuǎn)完整數(shù)的轉(zhuǎn)數(shù)這整數(shù)是多少，是2或是20都沒有關(guān)系，只要是整數(shù)就行。這時候車輪的那些輻條在畫面上的位置同它們在前一張畫面上的位置完全相同。在下一個時間間隔里，車輪又轉(zhuǎn)了整數(shù)的轉(zhuǎn)數(shù)（因為時間間隔的長短和汽車的速度都是不變的），于是輪輻的位置還是同以前一樣。我們所看到的輪輻自始至終都在同一種位置上，因此會得出這車輪根本不在轉(zhuǎn)動的結(jié)論（圖144，中間一行）。

　　第二種可能的情況是，車輪在每一個時間間隔里，不但來得及轉(zhuǎn)完整數(shù)的轉(zhuǎn)數(shù)，并且還轉(zhuǎn)了不大的小半轉(zhuǎn)。看到這種變換著的畫面的時候，我們不會想到這里還有整數(shù)的轉(zhuǎn)數(shù)，而只看見車輪在慢慢地轉(zhuǎn)（每次只轉(zhuǎn)一周的一小部分）。結(jié)果我們就覺得汽車雖然走得很快，車輪卻轉(zhuǎn)得慢極了。

　　第三種可能的情況是，在兩次攝影的時間間隔里，車輪來不及轉(zhuǎn)完整一轉(zhuǎn)，離一整轉(zhuǎn)還差一小部分（例如它只轉(zhuǎn)了315°，象圖144第三行所畫的那樣）。這時候，任何一條輪輻看來都好象在朝著相反的方向轉(zhuǎn)了。這種錯覺會一直持續(xù)下去，直到車輪改變它的旋轉(zhuǎn)速度為止。

　　在我們這個解釋里，還應(yīng)當(dāng)做一些補充。在第一種情況里，為了簡單起見，我們曾經(jīng)說到車輪轉(zhuǎn)了整數(shù)的轉(zhuǎn)數(shù)；可是車輪上的每根輻條都是相同的，所以只要讓車輪轉(zhuǎn)完整數(shù)個的輪輻間空隙數(shù)也就足夠了。這一點在另外兩種情況里也同樣適用。

　　還可能發(fā)生另外一種情況。

　　如果在輪緣上做上記號，而所有的輪輻都是同一個樣子的，那末有時候我們就會看到輪緣在朝著一個方向轉(zhuǎn)，輪輻在朝著另一個方向轉(zhuǎn)！可是如果在輪輻上做上記號，那末這些輪輻可能朝著同記號轉(zhuǎn)的方向相反的方向轉(zhuǎn)，記號好象會從一個輪輻跳到另一個輪輻上去。

　　如果在電影片上拍攝的是普通場面，這種錯覺對于人們認(rèn)識事物的真相還很少妨害。可是如果想在銀幕上解釋某一種機件的作用，那末這個錯覺就會產(chǎn)生嚴(yán)重的誤解，甚至?xí)�把機器工作的概念完全顛倒過來。

　　仔細的觀眾在銀幕上看到在飛速前進的汽車的車輪好象不動的時候，在數(shù)了輪輻的數(shù)目以后，就很容易斷定車輪每秒鐘大約轉(zhuǎn)多少轉(zhuǎn)。電影片通過放映機頭的速度，普通都是每秒24張畫面。如果汽車輪的輻條有十二根，那末這車輪在每秒鐘里旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)數(shù)就等于

　　以是這個數(shù)目的整數(shù)倍數(shù)（兩倍，三倍等等）。

　　如果再把車輪的直徑估計出來，就可以算出汽車的前進速度了。例如，如果汽車的輪子的直徑是80厘米，那末在這里，汽車的速度大約是每小時18公里，或36公里，或54公里等等。

　　剛才看到的錯覺，技術(shù)上就利用來計算旋轉(zhuǎn)得很快的軸的轉(zhuǎn)數(shù)。讓我們把這個方法所根據(jù)的原理解釋一下。交流電的電燈的光，實際上不

　　看不出這種光的閃爍的。現(xiàn)在讓我們設(shè)想，我們是在用這種光照射圖145

　　發(fā)生一種意外的情況：我們看不到在普通情況下所看見的均勻的灰色圓盤，卻要看到黑的扇形和白的扇形相間著，好象圓盤是不動的似的。

　　這種現(xiàn)象的原因，我想讀者研究了汽車輪子的錯覺以后，一定會明白。至于怎樣利用這種現(xiàn)象來計算旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)數(shù)，自然也是很容易想到的。

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