Почему движущийся вентилятор кажется прозрачным? - физиков.нет
Винтажный Клуб для гитаристов
38 голосов
/

Мы все знаем, когда вентилятор начинает двигаться быстрее, мы не можем видеть его лопасти. Почему это?

Сначала я предположил, что причиной может быть постоянство зрения. Но это может случиться и с лезвием, верно? Изображение лезвия может остаться в нашей памяти, и движущийся вентилятор может выглядеть как круглая плоскость с цветом лезвия.

Почему в нашей памяти остается только изображение задней стороны вентилятора?

Примечание: я попробовал с вентилятором, чья площадь лезвия почти такая же, как у лопатки без области

Ответы [ 4 ]

42 голосов
/

Глаза измеряют количество фотонов каждого цвета, попадающих в заданную точку сетчатки - которые идут с какого-то направления.

Это функция времени, $f(t)$, для каждой точки. Однако, когда эта функция меняется слишком быстро, глаз не может увидеть изменения. По сути, глаз также может видеть среднее значение $f(t)$ в каждый период времени, который составляет всего 1/50 секунды или около того. Вот почему для экрана телевизора обычно достаточно 24, 25, 30 или 50 кадров в секунду.

Если частота вентилятора составляет не менее 1 лопасти в 1/50 секунды, что соответствует 10 оборотам в секунду для 5-лопастного вентилятора, например, верно следующее:

В течение 1/50 секунды каждая точка изображения, где лопасть вентилятора может быть или не быть, видит полный период, поэтому восприятие ничем не отличается от восприятия, при котором цвет усредняется за эти 1/50 секунды. Но усредненный цвет каждой точки почти одинаков. Это средневзвешенное значение (RGB) цвета объектов позади вентилятора в данной точке; и цвет лопасти вентилятора. Весовые коэффициенты в средневзвешенном значении определяются толщиной лопастей вентилятора (относительно окружности), и эти веса могут фактически зависеть от радиальной координаты $r$.

Итак, то, что мы видим, не совсем прозрачно - контраст ниже, но этого достаточно, чтобы увидеть, что позади; цвет вещей позади вентилятора смешан с цветом лопастей; и это смешивание происходит в значительной степени независимо от расположения относительно оси вентилятора (если цвет лопастей вентилятора является однородным) и независимо от времени (из-за усреднения по временным интервалам 1/50 секунды).

Обратите внимание, что разрешение в 1/50 секунды зависит от неврологии - способностей глаза, нервов, мозга и т. Д. Однако, даже если мозг был совершенен, существовали бы определенные ограничения, которые нельзя было бы преодолеть. Количество фотонов, приходящих к каждой ячейке сетчатки в секунду, конечно, и обратное значение этого числа в основном определяет наилучшее возможное временное разрешение, которое можно иметь для данного «пикселя».

2 голосов
/

Ответ заключается в том, что ваше представление или зрение отличается от голых изображений, полученных с помощью оптической визуализации вашего глаза на сетчатке. «Вид» также включает в себя обработку сигнала от мозга, который отслеживает то, на чем вы пристально смотрите.

Свет может проходить между лезвиями и формировать изображение сетчатки в течение по крайней мере некоторого времени. Это правда, что есть лезвия, которые иногда блокируют ваш взгляд. Но мозг обнаруживает значимую информацию в свете, исходящем из-за лезвий, и, соответственно, ваши глаза будут фокусироваться на точках за лезвиями. Поэтому лезвия не образуют четких изображений на сетчатке, и вместо этого свет от них просто проявляется как низкий уровень, приблизительно равномерное освещение на сетчатке, уровень которого намного ниже, чем от сфокусированных объектов. Таким образом, мозг выбросит эту информацию в виде шума.

Это интересный эксперимент - попытаться (что я только что сделал) просмотреть вентилятор и попытаться сосредоточиться на лопастях. Когда вы делаете это, вы не можете видеть их (возможно, потому что обработка сигналов мозга недостаточно быстра, чтобы отслеживать их), и в то же время изображения вещей за пределами вентилятора размываются и выпадают из поля зрения.

2 голосов
/

Поскольку человеческие глаза и мозг медленные, они не могут разрешить движение лезвий, а видят только среднее значение движущихся лезвий и изображение на заднем плане (это на самом деле в основном из-за медленного времени реакции колбочек). , что является медленным, что демонстрируется тем фактом, что видео со скоростью 24 кадра в секунду появляется не как отдельные изображения, а в движении). Из-за их движения лезвия в среднем более или менее имеют однородный цвет, поэтому видно только изображение на заднем плане.

Если ваши глаза в течение короткого времени следят за движением лезвий (глаза могут отслеживать довольно быстрые объекты), тем не менее, можно определить форму лезвий за короткое время.

Но суммируем: изображение лопастей даже не разрешается сетчаткой, поэтому оно, конечно, не будет обработано вашим мозгом и не оставит память.

Что касается восприятия изображения на заднем плане в сравнении с движущимися лопастями как однородного цветного диска, то это механизмы внимания обработки изображения человека. По той же причине вы можете наблюдать за дном водоема или отражением от поверхности воды.

1 голос
/

Один из способов думать об этом - представить высокоскоростную камеру, которая снимает 1000 кадров в секунду (что в 40 раз больше, чем у обычной пленочной камеры). Затем представьте, что кадры разбиты на группы по 40 и усреднены для каждой группы, так что теперь у вас есть фильм с нормальной частотой кадров, где каждый кадр представляет собой среднее значение 40 высокоскоростных кадров. Получившийся фильм будет похож на то, что ваш мозг воспринимает, когда вы смотрите вентилятор.

Добро пожаловать на сайт физиков.нет, где вы можете задавать вопросы и получать ответы от других членов сообщества.
...