这些“车轮滚动”的小知识是严重的科学问题

示意图

视觉中国

在生活中，汽车轮胎和自行车车轮对人们来说是很平常的事情。你可能每天都看到它们在路上旋转和飞奔，但在这看似普通的旋转中，有一些你不知道的科学知识。

跟随我们，让我们了解这些科学“圈”！

为什么电影中的轮子看起来会向后转

看电影时，每个人不仅注意情节，而且喜欢找出各种无聊的场景。通常，一个小伙伴会发现这样一个“错误”——是如何把轮子向后转的。事实上，这不是一个特殊效果引起的错误，但这种现象只有在真实的汽车被拍摄时才会出现。它还有一个特殊的名字——“车轮效应”，这是频闪效应之一。

当真正的汽车高速行驶时，我们的眼睛根本看不到车轮辐条在滚动，我们只能看到它们粘在一起。电影是用照相机捕捉真实的画面。捕捉过程不像我们看到的那样连续。这款相机更像一款快速连续拍摄相机。只要速度够快，我们的大脑就无法做出反应，会自动把它们填充成连续的图片。这就是“暂时的视觉”现象。

基于人类视觉的这种限制，拍摄电影的相机通常被设置为每秒拍摄24张图片，即每秒24帧的帧速率。因此，我们在电影中看到的车轮旋转图片已经是一个“剪切”版本，仅由相机提取的图片组成。最终的视觉效果取决于相机的帧速率、车轮的旋转速度和辐条的排列。

在示意图中，车轮的辐条被简化为四个均匀分布的辐条，其中一个被涂成红色作为标记。辐条之间的夹角设置为，红色辐条的顺时针角度变化设置为。

假设轮子顺时针旋转，照相机第一次在图1的位置拍摄它的照片，第二次在图2的位置拍摄它的照片，那么轮子的旋转角度应该是n个圆(n是自然数)，但是在我们的眼中，它只是顺时针旋转。类似地，如果旋转角度等于n，如图3所示(=)，轮子将看起来是静止的。在图4中，角度接近360度，但是我们的大脑不想走大弯路，所以我们认为辐条是逆时针360度的小角度。

总之，与我们做数学问题时的逻辑分析不同，大脑总是倾向于选择最简单的方式来解释我们所看到的一切。使用这种“车轮效应”也可以创造许多有趣的视错觉体验。

汽车可以倒车，为什么自行车不能倒车？

虽然“车轮效应”是一种视觉错觉，但实际上汽车轮胎仍然是反向的。是的，它正在逆转。倒车很容易说，但你从未见过可以倒车的自行车，除非你下车推。

自行车的后轮轮毂装有由链条、齿轮组和其他部件组成的传动装置。当我们向前推踏板时，链轮将被驱动旋转。链轮上的链条会随之转动，带动飞轮和后轮轴上的其他部件转动。因此，后轮将与前轮一起向前滚动。

然而，当你试图将踏板推向相反的方向时，链条就会变松。不管你怎么推，轮子都不会有丝毫的反转趋势。原因是自行车的飞轮是一种只能朝一个方向运行的“单向机构”。

在自行车的飞轮结构中，棘爪(也称为千斤顶)嵌入飞轮内边缘的棘轮槽中。在正常循环过程中，飞轮逆时针转动，棘轮槽会卡住棘爪，通过棘爪将转动力传递给后桥，从而带动后轮转动。然而，当飞轮顺时针转动时，棘爪和棘轮会滑开，没有它们的配合，自行车将失去动力。这就是为什么自行车只能朝一个方向骑。

然而，一些用于杂技的特殊自行车可以向后骑，但是它们的结构不同于普通自行车。

(来源：《万物》杂志官方微信“把科学带回家”)