¿Por qué las ruedas que se mueven muy rápido parecen moverse en reversa?

Esto se debe a la persistencia humana de la visión.
Se llama el efecto estroboscópico .

Cuando vemos algo que se mueve, en realidad no vemos cada punto del movimiento. Capturamos una imagen de 10 a 12 veces por segundo, y usamos los datos que capturamos, y usando la experiencia pasada / lógica común, completamos los espacios en blanco.

Entonces este es un movimiento más lento.

Cuando una rueda de un automóvil o el rotor de un helicóptero gira, es un movimiento mucho más rápido y, dependiendo de la velocidad, capturamos puntos de rotación aleatorios. Por lo tanto, podría parecer que está girando en la dirección opuesta, la misma dirección pero más lenta, o incluso no se mueve en absoluto.

Entonces, dado que la rotación es más rápida de lo que el ojo puede capturar, puede parecer que la rotación está realmente en la dirección opuesta.

A medida que cambia la velocidad de rotación, la dirección aparente de rotación también cambiará.

Por lo tanto, cuando un automóvil acelera, las llantas parecen avanzar, luego disminuyen la velocidad y luego giran en la dirección opuesta.
Todo esto se debe a la rotación rápida (más rápido de lo que el ojo puede ver) y la persistencia humana de la visión.

Buena pregunta. Permítanme decirles que no solo las ruedas de automóvil, las ruedas de bicicleta, los ventiladores y muchas de esas ruedas demuestran este fenómeno. Esto se llama el efecto Cartwheel o el efecto Wagon Wheel. Cuanto más rápida sea la rotación, más pronunciado es este efecto. Notarás que esto es muy pronunciado en las palas de las hélices de un avión. Y si está grabando un video de un objeto que gira rápidamente con una cámara de baja velocidad de cuadros, lo observará muy claramente. Entonces, ¿qué nos dice esa última declaración?

Este efecto surge debido al alias temporal. El alias, en el procesamiento de señales o imágenes, es un efecto que hace que diferentes muestras de una señal se superpongan y se vuelvan indistinguibles. Cuando las señales se muestrean en un dominio de tiempo, y si la frecuencia de muestreo es menor que la tasa de Nyquist, las muestras se superponen entre sí.

Entonces, cuando está viendo una rueda de carro a través de una cámara con baja velocidad de cuadros (frecuencia de muestreo), la cámara hace que los cuadros vecinos se superpongan como resultado de lo que ve después del enésimo radio (n + 2) en una posición en un posición justo antes de la posición desocupada por el enésimo radio porque la cámara no pudo capturar el (n + 1) rayo allí. Entonces, el video en general parece ejecutarse al revés.

Ahora llegando al ojo humano. Sabemos que nuestro ojo retiene la imagen que vemos durante algún tiempo antes de que se procese la siguiente imagen. Así es como vemos el video. Entonces, debido a este retraso, podemos decir que nuestro ojo funciona como una cámara de video con una frecuencia de muestreo limitada. Cuando un objeto, por ejemplo, la rueda del automóvil, gira más rápido que el tiempo de procesamiento del ojo humano, el ojo humano enfrenta el mismo alias temporal que se menciona anteriormente para una cámara de video. Por lo tanto, cuando observa las ruedas de automóvil que se mueven rápidamente, parece que la rueda se está moviendo hacia atrás.

Para obtener más referencias, puede consultar “Procesamiento de imágenes digitales” de Rafael C Gonzalez y Richard E Woods.

Esto solo ocurre cuando se mira una grabación de video. Como muchos otros han descrito, el proceso de muestreo crea una ilusión de que el siguiente cuadro que se muestra muestra el objeto en una aparente fase de movimiento anterior .

Por cierto, todas las descripciones en otras respuestas que su ojo puede experimentar directamente este efecto son incorrectas. La persistencia de la visión no es muestreo. Cada célula ocular es un proceso químico que convierte la luz en una señal nerviosa eléctrica. Si la imagen se mueve, podemos ver el objeto claramente hasta cierto punto, pero a demasiada velocidad se difumina. El video aprovecha este efecto ya que nuestros ojos no ven cada imagen individual pero retienen la imagen por un corto período de tiempo a medida que se envía la siguiente imagen.

Pero pueden ocurrir errores en el proceso de video que resultan en una rueda o similar que parece girar en reversa. Este es un error de la tecnología de video, no del ojo. Si el muestreo de video y la velocidad de visualización aumentaran, el efecto no ocurriría.

Que muchas de las respuestas a esta pregunta describan el efecto de muestreo para el ojo en sí es desconcertante. Los biólogos describen que el ojo humano percibe 10-12 cuadros por segundo como persistentes. Es decir, vemos un movimiento suave, no cuadros individuales en una vista de gelatina. Pero, ¿cómo se recupera cada celda de la imagen anterior y procesa la siguiente? ¿Ocurre la persistencia en el cerebro o la conversión de la luz a la señal nerviosa? No puedo encontrar una referencia a esto. Un sistema de video genera una serie de imágenes completas como cuadros. Parece poco probable que todas las células receptoras en un ojo se actualicen simultáneamente, no hay sincronización. Cada célula genera su señal individual que el cerebro procesa en una imagen. ¡más complejo que el video electrónico, sospecho!

Algunos puntos es que esta respuesta puede estar equivocada, hasta que los corrija, lo he dejado para propósitos de historia.

Si miras las ruedas de un automóvil rápido, no parecerá estar en reversa. Solo cuando mires un video así lo notarás. Esto se debe al efecto estroboscópico. Una cámara toma una foto cada 1/24 segundos, si la rueda del automóvil girara menos que una rotación completa en este período, parecería que se ha movido hacia atrás. (En lugar de aparecer como una rotación de 340 °, parecería ser -20 °, ya que nada en el medio fue captado por la cámara).

Samarth Hattangady ha proporcionado una buena representación esquemática, excepto que dice que el ojo humano podría experimentar un efecto estroboscópico.

Este fenómeno es una ilusión óptica llamada efecto estroboscópico.
El ojo humano puede percibir que una rueda giratoria se mueve hacia adelante, hacia atrás o estacionaria, dependiendo de la naturaleza de la rueda y su velocidad de rotación.

Tome el caso donde una rueda tiene cuatro radios. Inicialmente, digamos que un radio está en la posición de las 12 en punto. En la siguiente observación (después de 0.04 segundos para el ojo humano), si este radio se mueve a la posición de las 3 en punto, la imagen general de la rueda es la misma que la anterior y, por lo tanto, la rueda parece estacionaria.
Si en el caso anterior, el radio inicialmente a las 12 en punto es a las 11 en la siguiente observación, la rueda aparece girando hacia atrás.

Observe la dirección de rotación percibida al girar una rueda a diferentes velocidades angulares:

El efecto estroboscópico es un fenómeno visual causado por alias que ocurre cuando el movimiento continuo está representado por una serie de muestras cortas o instantáneas. Ocurre cuando la vista de un objeto en movimiento está representada por una serie de muestras cortas a diferencia de una vista continua, y el objeto en movimiento está en rotación u otro movimiento cíclico a una velocidad cercana a la velocidad de muestreo. También explica el “efecto de rueda de carro”, llamado así porque en video o película, las ruedas de rayos en los carros tirados por caballos a veces parecen estar girando hacia atrás.

Fuente Wikipedia Efecto estroboscópico

Respondida credit Nitesh Wasnik

Sucede solo en la cámara. Y eso sucede a velocidades de rotación particulares debido al muestreo fijo / velocidad a la que la cámara toma la imagen fija para hacer una película. Las películas no son realmente un rodaje continuo. De hecho, se dispara y se juega a 30 cuadros para dar una ilusión de movimiento continuo. (Si ve carretes de cámara de película, puede ver cómo progresan efectivamente las escenas paso a paso en cada fotograma). Por lo tanto, si a ese ritmo si los radios de la rueda están en una posición ligeramente trasera en comparación con el cuadro anterior y sigue sucediendo cuadro tras cuadro, parecerá que las ruedas giran hacia atrás.

Interesante pregunta.

Es solo una ilusión óptica. Se llama el efecto Wagon Wheel . A veces se le conoce como efecto de rotación inversa.

Puede ver que a veces la cubierta de la rueda es estacionaria o se mueve en la dirección del automóvil o gira en la dirección inversa. Es una pura ilusión . Esto sucede cuando el automóvil está a cierta velocidad. Si observa de cerca, a medida que el automóvil disminuye la velocidad, puede ver que la cubierta de la rueda entra en el movimiento de la rueda del automóvil. De hecho, todo el tiempo, la cubierta de la rueda del automóvil tiene la misma dirección que la de la rueda, pero parece que está girando en la dirección opuesta.

Puedes leer más sobre esto aquí: efecto de rueda de carro

Debido a que sus ojos ven en cuadros y no continuamente, 25 cuadros / seg.
La razón exacta por la cual las películas y las tecnologías de visualización usan 25 cuadros / segundo y más.

Ahora, en la vida real, no puede notar esto en un automóvil en movimiento porque está en constante movimiento, pero puede ver que el fenómeno mencionado anteriormente es una película o un video.
Ocurre cuando las rpm de la rueda, cuando se traducen a fps se vuelven más de 25 fps. Así, la rueda parece correr hacia atrás. Si coincide exactamente con 25 fps, también parecería estacionario.

Cuadros por segundo

Es tan simple como si está parado en una patineta, para impulsarse hacia adelante, su pierna se mueve hacia atrás. Mueves la pierna hacia atrás y empujas el suelo. El suelo a su vez toma represalias con una fuerza de reacción (la tercera ley de Newton) que es opuesta a la dirección en la que empujaste. Entonces, cuando empujas hacia atrás, ¡la fuerza de reacción está en dirección hacia adelante y avanzas!

Similar es el caso entre los neumáticos de un automóvil. La fuerza de fricción entre los neumáticos y las carreteras intenta hacer retroceder el suelo. ¡La fuerza de reacción del suelo impulsa el auto hacia adelante!

El fenómeno ocurre solo cuando el automóvil está acelerando o desacelerando. Es una especie de ilusión óptica. El efecto se conoce como efecto estroboscópico. Formaba parte de nuestro plan de estudios en nuestra sesión práctica como ‘estroboscopio’ (instrumento utilizado para medir las rpm de una rueda giratoria). Google el efecto para una mejor comprensión.

Esto se conoce como efecto de rueda de carro. (también de manera más amplia: efecto estroboscópico – Wikipedia)

Lea más en Efecto rueda de carro – Wikipedia.

Se debe al efecto estroboscópico.

No hacen esto a menos que tal vez los esté mirando con una luz estroboscópica o tal vez con una cámara. Si está utilizando una cámara, estos son los radios de la rueda del carro que se mueven hacia atrás.

Lectura sugerida:
Efecto rueda de carro – Wikipedia

Se debe al efecto estroboscópico o al efecto de la rueda del carro.
Nuestros ojos tienden a capturar alrededor de 20 fotogramas por segundo y las ruedas del automóvil giran a una velocidad mucho mayor y las imágenes que persisten por fotograma en realidad pueden hacerle sentir si girara en sentido opuesto, ya que cada fotograma puede estar en una posición diferente .

Más detalles aquí
Efecto rueda de carro

Esto puede suceder si lo que ves con tus ojos se envía de alguna manera a tu cerebro en cuadros separados a una velocidad de cuadro determinada. Por lo general, esta velocidad de fotogramas es causada por un parpadeo de 50/60 Hz en las bombillas o la velocidad de fotogramas de la pantalla o pantalla en la que está mirando la rueda. Si la rueda gira a una velocidad en la que un radio está casi en la misma posición que donde estaba un radio en el cuadro anterior, entonces la rueda parece girar hacia atrás a una velocidad lenta. Si la velocidad se sincroniza con la velocidad de fotogramas del ojo, la rueda parece detenerse porque obtienes la misma imagen en cada fotograma.