电影里运动的车轮为什么有时看上去静止，有时却倒着转？

以下文章来源于数字北京科学中心，作者北京科学中心

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审核专家：吴宝俊

理论物理博士

你是不是也注意到过这样的现象，在一些影视镜头中，飞快转动的车轮在一定转速下看起来好像静止不动，再快一点，车轮好像在倒着转；在荧光灯的照射下，我们启动电风扇，会看到扇叶转动，然后是停转、反转、停转......

这种现象叫做频闪效应，它的出现离不开“周期”这个词。我们身边有许多具有周期性的运动，比如弹簧的振动、车轮的旋转、钟摆的摆动……

这些周期性运动有个共同的特点：在一段特定的时间后，物体会与开始的时刻完全重合，这个特定的时间叫做周期。

除了运动有周期，采样也是具有周期的。

什么是采样呢？当我们用手机拍摄视频时，实际上拍到的是一张张静止的照片。由于我们的眼睛具有大约0.1秒的视觉延迟，当这些照片按一定顺序和速度依次出现时，在我们看来这些画面就是动态的。而采样的周期就是指两次拍照时的时间间隔。

那么，当周期性的采样遇到周期性的运动时会发生什么呢？

如果采样周期远远大于运动物体的周期，那么什么异常的事情都不会发生，物体的运动会被正常地录制下来。

那如果采样周期和物体运动的周期恰好相等呢？神奇的事情就会发生。

由于周期相同，所以每次采样拍摄到的画面都是物体恰好运动了一个周期后的影像。由于周期运动的物体在经过一个周期后可以与之前完全重合，所以每次采集到的画面都是一模一样的，这样的画面播放起来，就如同静止了一般。

如果物体运动的周期和采样周期相差不多，只是慢了一些，那第二次采样时物体的位置就会靠后一点，整体看来物体就会倒着运动。这也是为什么用手机给车轮拍摄时，有时会看到车轮倒着转。

可能有小伙伴好奇，即便不用手机录制，我用肉眼也能看到这种现象啊，这是咋回事？

那是因为，大多数室内灯光并不是一直亮着的，而是以很高的频率闪烁着，但由于闪烁很快，我们的肉眼无法察觉。每次灯暗时，我们看不清东西，没有采样；当灯亮起时，我们看清了室内的东西，采样开始。

于是，我们在这样的灯光下观察周期运动的物体时，如果物体运动周期和灯光闪烁周期相近，就会看到频闪现象。

高速摄像下的日光灯

频闪现象的应用

频闪现象能够产生一些不同于以往我们眼睛看到的画面，那么我们可以利用这种现象进行一些发明，帮助我们更好的观察一些不易用眼睛捕捉的画面。

因此，就出现了频闪仪。频闪仪本质是一种灯，可以控制光源以特定周期快速闪动，说白了就是一盏可以调节闪烁周期的灯。

我们用它照射某个周期运动的物体时，如果出现了频闪效应，并且看上去物体好像是静止不动的，那么此时物体的运动周期就等于频闪仪设定的周期，利用频闪仪我们可以很准确地将物体的运动周期测量出来。

检测一些具有转动、振动等周期运动的机械装置时，工程师会利用频闪观察部件的运动，这样更容易发现装置运转是否存在异常。

频闪现象的危害

频闪现象可以加以利用帮助我们发现问题、解决问题，但它是把双刃剑，频闪的存在也会引发一些问题。

如果我们生活中的光源存在频闪，可能会对人的视觉系统有刺激，长时间就会产生不舒适的感觉。

频闪效应还会让人将高速旋转的物体误当成静止或缓慢旋转，甚至倒转的物体，让人容易对物体旋转的速度与方向判断失误。例如，由于频闪效应，机床操作工会误以为机器倒转，从而按下紧急换向按钮，损坏工件、刀具，甚至造成人员伤亡。

因此，要防止因频闪效应造成的错觉而留下事故隐患。如在加工厂、车间等存在大量旋转物件的场所，不宜单独使用具有明显周期性明暗交替的光源，如具有自感式镇流器的荧光灯。

消除或减轻频闪的措施

在转动的物体旁边加装白炽灯作为局部照明，可有效消除频闪效应。因为白炽灯作为热辐射光源，几乎一直是亮着的，没有明显的明暗变化。

也可以将双管荧光灯中的一支按正常方式接线，另一支加移相电容器，这样可使一支灯管光通量输出最小时，另一支灯管输出的光通量为最大，两个灯管发出的灯光叠加，就不会有明显的明暗变化。这样可以使荧光灯发出的光线更加稳定，有效降低光源的频闪现象。

今天的频闪效应就先介绍到这里，没想到生活中最常见，也最容易被忽视的现象，竟然藏着这样有趣的原理。你还能发现哪些常见却又容易被我们忽视的现象呢？一起来分享吧~

来源：数字北京科学中心

编辑：小烩饼