自行車後輪轉動其實是什麼轉動（電影裡的車輪為何倒著轉）

2023-07-19 22:07:53

示意圖

視覺中國供圖

在生活中，汽車輪胎、自行車軲轆都是人們司空見慣的東西，你可能每天都會見到它們在路上旋轉、奔馳，但是在這看似普通的旋轉中，卻藏著一些你不知道的科學小知識。

下面就跟著我們一起，了解一下這些科學「轉圈圈」吧！

電影裡的車輪為什麼看起來是倒著轉的

看電影時，大家不僅會關注劇情，還樂於找出各種穿幫鏡頭。經常有小夥伴會發現這麼一個「bug」——向前行駛的車輪怎麼是倒著轉的？實際上，這並不是特效出bug，反而是拍攝了真車才會出現這種現象，它還有個專用名——「車輪效應」，屬於頻閃效應的一種。

當現實中的汽車高速行駛時，我們的眼睛根本來不及捕捉車輪輻條的滾動，只能看到它們糊成一片。而電影畫面則是攝像機對現實畫面的捕捉，這個捕捉過程並不像我們看到的那樣連續，攝像機更像是一個快速連拍的相機，只要足夠快，就會讓我們的大腦反應不過來，自動把它們腦補成連續畫面，這就是「視覺暫留」現象。

基於人類視覺的這一局限性，拍攝電影的攝像機通常設置為每秒拍攝24個畫面，也就是24幀/秒的幀率。所以我們在電影中看到的車輪旋轉畫面已經是「刪減」版了，僅由攝像機抽取的畫面組成。最終呈現的視覺效果則取決於攝像機的幀率、車輪的轉速以及輻條的排布方式。

示意圖裡將車輪的輻條簡化成均勻分布的4根，其中1根塗紅作為標記物。輻條之間的夾角設為α，紅輻條順時針方向角度變化設為θ。

假設這個車輪在順時針旋轉，攝像機第一次捕捉到它的畫面在圖1位置，第二次在圖2位置，那麼這個車輪旋轉過的角度應該是n圈 θ（n為自然數），但在我們的眼睛看來，它就只是順時針旋轉了θ。同理，若旋轉角等於nα，如圖3位置（θ=α）時，車輪看上去會是靜止不動的。而在圖4中，θ角接近360°，可我們的大腦並不想費勁地繞個大彎，於是便就近地認為輻條是逆時針轉了360°-θ的小角度。

總而言之，和我們做數學題時的邏輯分析不同，眼睛只管自己看到了什麼，大腦也總是傾向於選擇最輕鬆的解讀方式。利用這種「車輪效應」，還能製造出不少有趣的視錯覺體驗。

汽車能倒車為什麼自行車不能倒騎

雖說「車輪效應」是種視錯覺，但現實中的汽車輪胎還是有倒轉的情況，沒錯，就是倒車。倒車說來容易，可卻沒見過哪輛自行車能倒騎的，除非你下車推。

自行車的後輪轂上安有由鏈條和齒輪組等部件構成的傳動裝置，當我們向前蹬腳踏板時，會驅動鏈輪旋轉，鏈輪上的鏈條隨之轉動，帶動後輪軸上飛輪等部件旋轉，這樣後輪就帶著前輪骨碌碌地向前滾了。

然而，當你試圖反方向蹬踏板時，鏈條卻會變得很鬆，無論你怎麼蹬，車輪都不會有絲毫倒轉的傾向。原因就在於自行車的飛輪是一種「單向機構」，只能單向運作。

在自行車的飛輪結構中，棘爪（又稱為千斤）會嵌在飛輪內緣的棘齒槽中。正常騎車時，飛輪逆時針旋轉，棘齒槽會卡住棘爪，將轉動力通過棘爪傳給後軸，進而帶動後輪轉動。但是當飛輪順時針旋轉時，棘爪和棘齒就會滑開，沒有了它們的配合，自行車便會失去動力。這就是為什麼自行車只能單向騎行。

不過，用於表演雜技的一些特殊自行車確實有能倒騎的，但它們採用的結構就與一般自行車不同了。