第九章光的反射和折射·視覺(jué) 9.27奇怪的車輪
你曾經(jīng)透過(guò)柵欄間的縫，或者在電影上觀察過(guò)跑得很快的貨車或汽車的輪輻嗎？如果觀察過(guò)的話，那你一定曾經(jīng)看到過(guò)一種怪現(xiàn)象：汽車在飛快地前進(jìn)，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(shí)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(guò)柵欄看更加清楚些。
這種錯(cuò)覺(jué)是這樣奇怪，不管是誰(shuí)，第一次看到的時(shí)候都會(huì)感到莫名其妙。
原因是這樣的。你順著柵欄走，透過(guò)柵欄上的縫看車輪旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，你一定不能連續(xù)地看見(jiàn)那些輪輻，而要隔開(kāi)一定的時(shí)間看到它們一次。因?yàn)闁艡谏系哪景迕扛粢欢ǖ臅r(shí)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(shí)間（每秒24張畫(huà)面）的。
這里可能發(fā)生三種情況，讓我們逐個(gè)地來(lái)研究。
第一種可能的情況是，在視線被隔斷的時(shí)間里，車輪來(lái)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(méi)有關(guān)系，只要是整數(shù)就行。這時(shí)候車輪的那些輻條在畫(huà)面上的位置同它們?cè)谇耙粡埉?huà)面上的位置完全相同。在下一個(gè)時(shí)間間隔里，車輪又轉(zhuǎn)了整數(shù)的轉(zhuǎn)數(shù)（因?yàn)闀r(shí)間間隔的長(zhǎng)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(huì)得出這車輪根本不在轉(zhuǎn)動(dòng)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(gè)時(shí)間間隔里，不但來(lái)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)�？吹竭@種變換著的畫(huà)面的時(shí)候，我們不會(huì)想到這里還有整數(shù)的轉(zhuǎn)數(shù)，而只看見(jiàn)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(jué)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(shí)間間隔里，車輪來(lái)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(huà)的那樣）。這時(shí)候，任何一條輪輻看來(lái)都好象在朝著相反的方向轉(zhuǎn)了。這種錯(cuò)覺(jué)會(huì)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(gè)解釋里，還應(yīng)當(dāng)做一些補(bǔ)充。在第一種情況里，為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，我們?cè)?jīng)說(shuō)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(gè)的輪輻間空隙數(shù)也就足夠了。這一點(diǎn)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(hào)，而所有的輪輻都是同一個(gè)樣子的，那末有時(shí)候我們就會(huì)看到輪緣在朝著一個(gè)方向轉(zhuǎn)，輪輻在朝著另一個(gè)方向轉(zhuǎn)！可是如果在輪輻上做上記號(hào)，那末這些輪輻可能朝著同記號(hào)轉(zhuǎn)的方向相反的方向轉(zhuǎn)，記號(hào)好象會(huì)從一個(gè)輪輻跳到另一個(gè)輪輻上去。
如果在電影片上拍攝的是普通場(chǎng)面，這種錯(cuò)覺(jué)對(duì)于人們認(rèn)識(shí)事物的真相還很少妨害�？墒侨绻朐阢y幕上解釋某一種機(jī)件的作用，那末這個(gè)錯(cuò)覺(jué)就會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的誤解，甚至?xí)褭C(jī)器工作的概念完全顛倒過(guò)來(lái)。
仔細(xì)的觀眾在銀幕上看到在飛速前進(jìn)的汽車的車輪好象不動(dòng)的時(shí)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(guò)放映機(jī)頭的速度，普通都是每秒24張畫(huà)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(gè)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(jì)出來(lái)，就可以算出汽車的前進(jìn)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(shí)18公里，或36公里，或54公里等等。
剛才看到的錯(cuò)覺(jué)，技術(shù)上就利用來(lái)計(jì)算旋轉(zhuǎn)得很快的軸的轉(zhuǎn)數(shù)。讓我們把這個(gè)方法所根據(jù)的原理解釋一下。交流電的電燈的光，實(shí)際上不
看不出這種光的閃爍的�，F(xiàn)在讓我們?cè)O(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(jiàn)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(dòng)的似的。
這種現(xiàn)象的原因，我想讀者研究了汽車輪子的錯(cuò)覺(jué)以后，一定會(huì)明白。至于怎樣利用這種現(xiàn)象來(lái)計(jì)算旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)數(shù)，自然也是很容易想到的。
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