DRIVR

Techtalk: Waarom lijken Wielen achteruit te draaien?

Iedereen kent het fenomeen wel: je ziet een auto met welbespaakte velgen passeren, en prompt lijken die tegen de rijrichting in te roteren of stil te staan. Voor de meesten gewoon een geinige optische illusie, maar niet als je Pieter Fret heet – dan wil je kost wat kost weten welke fysische processen daarachter schuilgaan. Mijn gok is dat ik niet de enige ben met die afwijking, so here goes.

Die laatste stelling bleek bij het aanvangen van mijn opzoekingswerk overigens meteen te kloppen: het wagon wheel effect – zo genoemd omdat het voor het eerst opviel bij rijdende huifkarren in oude westerns – is een druk bestudeerd fysisch fenomeen. Het zou vooral voorkomen onder stroboscopisch licht, zoals het geflikker van neon- of andere gaslampen of de 24 frames per seconde waaruit filmbeelden bestaan. In deze gevallen wisselen korte periodes van zichtbaarheid zich af met langere – zij het nog steeds onmerkbare – periodes van duisternis.

Stel nu dat je in zo’n omstandigheden (bij kunstlicht, op tv of in de bioscoop) naar een draaiend wiel kijkt. De beweging die je daarin ziet, hangt af van de wisselwerking tussen de draaisnelheid van het wiel en stroboscopische frequentie van het beschikbare licht. Wanneer bijvoorbeeld één spaak zich verticaal bovenaan bevindt, en bij de volgende ‘lichtflits’ de volgende spaak die exacte positie bezet, zal je het wiel als stilstaand waarnemen.

Staat die tweede spaak – die identiek is, en door onze hersenen dus gemakkelijk aanzien wordt als de eerste – op dat moment net na of voor die positie, dan lijkt het wiel heel traag voor- dan wel achterwaarts te roteren. Dat heet het phi-fenomeen: de hersenen interpreteren een opeenvolging van gelijkaardige, maar lichtjes verplaatsende waarnemingen als beweging. Precies de manier waarop we een film als één vloeiend geheel zien.

Vrij logische fysica tot dusver, maar moeilijker wordt het wanneer we het wagenwieleffect bij continue verlichting (zoals zonlicht) bekijken. Ondanks uitgebreid onderzoek bestaat er nog geen wetenschappelijke consensus over de oorzaken van dit fenomeen. De meest vanzelfsprekende verklaring is dat er hier eveneens een stroboscopisch effect optreedt, veroorzaakt door een andere bron. Zo zou neuriën of zelfs het eten van krokant voedsel de ogen in hun kassen doen vibreren, wat precies dezelfde gevolgen kan hebben voor onze waarneming als stroboscopisch licht.

Het effect treedt echter ook op wanneer er zich geen fysieke trillingen voordoen. Hiervoor bestaan twee (enigszins tegenstrijdige) verklaringen. De eerste, meest eenvoudige en minst waarschijnlijke: het brein neemt beweging waar door een reeks stilstaande beelden te vergelijken, net zoals in een film. Dit zou betekenen dat precies dezelfde principes gelden als onder stroboscopisch licht.

Een tweede theorie vindt meer bijval in wetenschappelijke kringen: bewegende beelden worden in de hersenen verwerkt door visuele detectoren die gevoelig zijn voor de juiste richting, maar ook door detectoren die de tegengestelde zin opsporen. Beiden zijn altijd tegelijk actief, maar in sommige omstandigheden kunnen de laatste de bovenhand nemen, en dan zien we bijvoorbeeld een wielrotatie die tegengesteld is aan de werkelijke draaiingsrichting. Klinkt vergezocht, maar veel onderzoeksresultaten lijken deze verklaring te onderschrijven. Zekerheid is er echter niet, en da’s bijzonder straf voor een fenomeen dat al bijna een eeuw lang bekend is. De mysteries zijn de wereld nog niet uit – en da’s misschien maar goed ook.

Share Button

13 Responses

  1. Mee says:

    Ik verschiet er ook van dat er nog geen écht wetenschappelijke uitleg is voor dit fenomeen. Misschien werken we stiekem eigenlijk gewoon allemaal (al) digitaal en zorgt onze interne klokfrequentie daarvoor 🙂 (just kidding).

  2. Ken Divjak says:

    Ik vind er niet meteen een foto van, maar dit fenomeen is vermoedelijk ook verantwoordelijk voor het ‘verdwijnen’ van spaken op hogesnelheidsfoto’s en -video’s?

    • Mee says:

      Komt dit niet door de “traagheid” van een fototoestel en camera? Ik ken niet zo mee met camera’s, maar als ik mij niet vergis is de sluitertijd bij het nemen van een foto de tijd dat de sensor “open” blijft voor invallend licht. Als ondertussen (tussen openen en sluiten) het wiel rond draait zal dat ‘uitgesmeerd’ worden op je foto (dus geen zichtbare individuele spaken). Of video, want een video is een opeenvolging van afbeeldingen :).

  3. Antonio C says:

    Drivr’s,

    Dit fenomeen doet zich voor omdat de ogen wel continu signalen opnemen en doorsluizen naar de hersenen maar de hersenen deze signalen moeten verwerken (digitalisering).
    Dit verklaart ook waarom sommige beelden niet worden waargenomen als ze snel genoeg worden afgespeeld.

    Nu wat betreft de spaken/velgen, hier treedt hetzelfde verschijnsel op. De frequentie van de wielomwenteling is dermate hoog zodat onze hersenen maar bepaalde posities gaan verwerken. Dit verklaart de optische verschijning.

    Samengevat: Onze hersenen zijn te traag.

    Antonio

    • Stijn says:

      @ Antonio C
      “Samengevat: Onze hersenen zijn te traag.”
      Niet veralgemenen graag :p

    • Mee says:

      Volgens mij zien we allemaal dit fenomeen op hetzelfde moment (dus zelfde snelheid van het wiel), zou dat dan betekenen dat iedereen zijn hersenen even snel werken?

      • Stijn says:

        Of toch een beperkt betrouwbaarheidsinterval. We lopen allemaal, in gezonde en jonge toestand, de 100m tussen de 9,59 en 16 seconden…

  4. Pieter Fret says:

    Nog een leuk experiment rond het wagon wheel effect, maar dan bekeken vanuit het standpunt van het wiel zelf 🙂 Blijkt dat het omkeringseffect ook geldt als we zélf ronddraaien in een stilstaande omgeving:

  5. Boss says:

    Ik vind die laatste verklaring ook wel wat hebben eigenlijk, over die twee tegengestelde bewegingsdetectoren in onze hersenen. Zoiets ervaar ik ook in het filmpje met die camera’s:

    Totaal vier camera’s onder 90 graden verdeeld. Op een gegeven moment versnellen ze naar een punt waarbij de camera’s precies 45 graden verdraaid zijn: halverwege twee camera’s.
    Op dat moment kun je er zelf van maken wat je wilt: met de klok mee, of ertegenin…

  6. Hopla says:

    Zoals uitgelegd in het artikel heb je dit effect bij videobeelden altijd. Technisch gezien heet dit aliasing en het is van toepassing op zowel audio, afbeeldingen en video als je een opname maakt ga van een analoog medium naar een digitaal medium. Digitaal betekent dat je op discrete tijdstippen (of locaties) metingen gaat doen van het analoge signaal. Dus per definitie is een digitaal medium een benadering van de realiteit. Een bekende stelling (de Nyquist stelling) bewijst dat als je meet met een snelheid van 50 beelden per seconde (zoals de meeste video in Europa) je maximaal bewegingen correct kan waarnemen die trager gaan dan 25 bewegingen per seconden. Een wiel dat sneller draait dan 25 rondjes per seconde ga je niet meer correct waarnemen, je gaat de indruk krijgen dat het trager draait en/of in andere richtingen.
    De uitleg over de hersenen is volledig anders (zonder digitale opnames). Onze hersenen werken hypothese-gebaseerd. Onze hersenen maken in je onbewustzijn enorm veel hypotheses over de werkelijkheid die je waarneemt. Enkel de hypothese die het vaakste voorkomt, kunnen we bewust waarnemen. Kijk bijvoorbeeld naar deze video (http://www.youtube.com/watch?v=xCOKXoq1iNY) Ofwel neem je waar dat het naar links OF naar rechts draait, nooit beide. In het geval van draaiende wielen zijn onze hersenen inderdaad te traag waardoor de aannemelijkste hypothese ons doet denken dat het wiel soms achterwaarts draait. We weten wel dat dit niet klopt, maar ons onbewustzijn vertelt ons iets anders.

  7. filmpje says:

    howdy! , Everyone loves the creating extremely much! quantity many of us communicate excess of your post in Google? I require an experienced on this household to be able to solve our challenge. Probably that’s people! Awaiting see you.

Leave a Reply