Необыкновенные колеса

Случалось ли вам через решетку забора или, еще лучше, на полотне кинематографа следить за спицами колес быстро движущейся кареты или автомобиля? Вероятно, вы замечали при этом странное явление: автомобиль мчится с головокружительной быстротой, а между тем его колеса едва‑едва вертятся, а то и вовсе не вертятся. Мало того: иногда они вращаются даже в противоположном направлении!

Конечно, это только иллюзия зрения, но она так необычайна, что положительно приводит в недоумение всех, кто замечает ее впервые.

Объясняется этот своеобразный обман зрения следующим образом. Следя за вращением колеса через отверстия забора, мы видим колесные спицы не непрерывно, а через равные промежутки времени, так как планки забора каждое мгновение заслоняют их от нас. Точно также и кинематографическая лента запечатлевает изображения колес с перерывами, в отдельные моменты. Здесь возможны три случая, которые мы сейчас и рассмотрим один за другим.

Во‑первых, может случиться, что за время перерыва колесо успеет сделать целое число оборотов – безразлично сколько: 2 или 20 – только бы число это было целое. Тогда спицы колесá на новом снимке займут то же самое положение, что и на прежнем. В следующий промежуток колесо сделает опять целое число оборотов (так как величина промежутка и скорость автомобиля не изменяются) – и положение спиц снова останется прежним. Видя все время одно и то же положение спиц, мы невольно заключаем, что колесо вовсе не вертится.

Второй случай: колесо успевает в каждый промежуток сделать целое число оборотов плюс еще часть оборота, весьма небольшую (например, ¹/₁₀₀). Наблюдая за сменой таких изображений, мы о целом числе сделанных оборотов не можем и догадаться, а будем видеть лишь медленное вращение колеса (с каждым разом на ¹/₁₀₀ оборота). В результате нам покажется, что, несмотря на быстрое перемещение автомобиля, его колеса вращаются чрезвычайно лениво.

Третий случай. Его удобнее рассмотреть на наглядном примере (см. рис. 111). Две соседние спицы А и В первоначально находились в положении, показанном на левой фигуре рис. 111. На следующем снимке, сделав некоторое число оборотов влево, те же спицы заняли положение, обозначенное буквами D и С. Так как дуга АС меньше, чем дуга АD, то будет казаться, что спица А повернулась не вперед, к точке D, а назад, к точке С, т. е. мы принимаем спицу В за переместившуюся назад спицу А (ведь все спицы сходны между собою). В результате нам покажется, что колесо вращается в обратном направлении. И это обманчивое впечатление будет длиться до тех пор, пока автомобиль не изменить своей скорости настолько, чтобы дуга АС стала больше дуги АD.

Рис. 111. Почему на экране кинематографа колёса иногда кажутся вращающимися в обратном направлении.

Остается только внести маленькие поправки в наше объяснение. В первом случае мы, ради простоты, говорили о числе полных оборотов колесá; но так как спицы колесá похожи одна на другую, то достаточно, чтобы колесо повернулось на целое число промежутков между спицами. То же относится и ко второму случаю.

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