Cuando un ventilador gira muy rápido, ¿por qué parece que está girando en la dirección opuesta?

Las células cerebrales que detectan el movimiento están organizadas de manera opuesta, de modo que una célula diseñada para detectar objetos que se mueven hacia la IZQUIERDA, utiliza parte de su excitación para SUPRIMIR las células que ven los objetos en DERECHA

Al ver un objeto en movimiento continuo, la detección de movimiento es precisa solo durante un tiempo relativamente corto. Con una visión prolongada, las células que detectan movimiento en esa dirección se fatigan y dejan de responder temporalmente.

Durante este tiempo, las células que detectan movimiento en la dirección opuesta (INCORRECTA), se liberan de la supresión y ahora son las que proporcionan información ilusoria de movimiento.
Cuando se cansan, el equilibrio cambiará nuevamente.

Esta es también la razón por la cual comenzar en una cascada finalmente conducirá a la percepción de que va hacia arriba.

La inhibición también funciona con colores, por lo que si observa el rojo durante 40 segundos y luego mira una pared blanca, verá una imagen verde.

Ampliando la respuesta de Richard.

El cerebro humano puede procesar 10-15 cuadros por segundo. Entonces, nuestra visión es solo una versión de muestra de lo que está sucediendo. Como en una cámara de video.

Ahora supongamos que entre dos cuadros cualquiera el objeto tiene una rotación de 270 grados, nos parecería que ha girado 90 grados en la dirección inversa. Entonces, cada vez que la rotación es superior a 180, el cerebro la procesa como una rotación menor en la dirección opuesta.

Entonces, junto con la inversión de dirección. También se debe observar una reducción en la velocidad angular.

Hay un nombre para eso en realidad, el “efecto de la rueda del carro”, creo que se llama.

Básicamente, a medida que sus ojos lo siguen, si se mueve lo suficientemente rápido, la próxima vez que pueda percibir dónde está algún marcador visual (como el radio en una rueda de carreta), está detrás de donde esperaría que se le dé dirección está girando. Por ejemplo, si la rueda gira en el sentido de las agujas del reloj, pero cada vez que noto que el radio está en el sentido contrario a las agujas del reloj de la última posición en la que lo vi, parecerá que la rueda gira en el sentido contrario a las agujas del reloj.

Esto se observa con mayor frecuencia en cámaras y otras formas de película.

El efecto de la rueda del carro

Este efecto ocurre en películas que muestran ruedas giratorias con velocidades de cuadro que cumplen ciertos criterios específicos, sujeto a la estructura y velocidad de rotación de la rueda. Considere una cámara de película disparando a una velocidad no convencional de 32 cuadros por segundo. Considere una rueda con 16 cuadros que giran a 2Hz por segundo.
Filmado a 32 cuadros por segundo, los radios parecen estacionarios, a pesar de que un nuevo radio toma la posición del anterior en cada cuadro. Como todos los radios son idénticos, el espectador no percibe ninguna diferencia. Se observará el mismo fenómeno siempre que la frecuencia de rotación de la rueda sea un factor de 32 y 16. Si la rueda gira a una velocidad ligeramente inferior a 2 Hz por segundo, la rueda parece girar hacia atrás.

Aunque ya hay respuestas a esta pregunta, me gustaría agregar mis dos centavos.

Este efecto es el más pronunciado en las cámaras, tanto digitales como analógicas. Esto sucede porque en una cámara los marcos se toman en secuencia, en pasos discretos. Eso significa que si la cosa que gira completa casi una rotación para la cámara, se ve exactamente como si se moviera lentamente en la dirección opuesta. El mismo efecto puede ocurrir aún más fácilmente si el objeto giratorio tiene algunos patrones repetitivos a medida que gira; de esta manera, no tiene que completar toda la revolución para que parezca estacionario, solo tiene que girar lo suficiente para que se vea lo suficientemente cerca El estado anterior.

Lo que es aún más interesante es que, dado que las cámaras digitales no capturan toda la imagen al mismo tiempo, si el objeto gira lo suficientemente rápido, no solo parece girar en sentido contrario, sino incluso distorsionado.

Dado que el ojo humano no funciona en pasos discretos, los objetos giratorios nos miran borrosos, con luz natural . Sin embargo, si la luz es artificial y parpadea, como los LED o las bombillas fluorescentes, podemos ver el objeto solo en momentos discretos de tiempo y el resto simplemente lo llena nuestro cerebro, lo que hace que se vean de la manera incorrecta.

Este efecto no se produce a la luz solar directa u otras fuentes de luz perfectamente estables. Sin embargo, el parpadeo asociado con la luz artificial puede producir un efecto estroboscópico que hace que los objetos que giran parezcan estar quietos o se muevan lentamente hacia adelante o hacia atrás. El efecto clásico se ve en películas de ruedas giratorias, que pueden sincronizarse con la velocidad de fotogramas de la película.

Si la velocidad de parpadeo de sus luces (a 50 o 60 Hz para fluorescentes e incandescentes, más alta para LED) es un submúltiplo de la velocidad de rotación del ventilador, aparecerá detenido. Si es un poco más rápido que un submúltiplo, parecerá girar hacia atrás. También depende de cuántas aspas tenga el ventilador, es decir, es simetría angular. El efecto es bastante sorprendente con los estroboscopios que emiten destellos de luz de muy corta duración. Sin embargo, con las luces normales de la habitación, el parpadeo puede producir un efecto más borroso y más tenue porque la intensidad de la luz nunca llega a cero y el ventilador funciona rápidamente.

A veces lo hace, a veces parece que está girando lentamente en la dirección normal.

Ambos son el resultado de un efecto estroboscópico debido al parpadeo de 60 Hz de los emisores de luz, a su vez debido a la onda sinusoidal de alimentación de CA. La elección de 60 Hz para dicho suministro de energía estuvo influenciada por el hecho de que el ojo humano promedio puede registrar directamente el parpadeo para frecuencias por debajo de aproximadamente 50 Hz; Puede ser extremadamente molesto.

Esto se debe a la limitación de la frecuencia de muestreo del ojo humano y debido a esto existe un suavizado cuando el ventilador está a alta velocidad, lo cual es la razón de este efecto.

Detalles:
Página en mit.edu

Lección 16: Muestreo

Lo más probable es que sea un efecto estroboscópico, aunque un par de respuestas han mencionado posibles mecanismos, que tienen que ver con las complejidades de la forma en que funcionan las células nerviosas, que son más complejas, pero muy interesantes.

El efecto de rueda de carro se ve fácilmente en algunas imágenes en movimiento. Aparte de eso, es menos probable que lo veas hoy en día, porque las tecnologías que podrían producirlo están desapareciendo. Se me ocurren tres ejemplos:

(1) indicadores de velocidad estroboscópica en plataformas giratorias. El borde del plato tiene muescas y la luz estroboscópica parpadea en sincronía con el voltaje de la línea de CA. (Tenga en cuenta que esto generalmente solo funcionaba para un modelo dado si estaba en un país con la frecuencia de línea correcta, 50 o 60 Hz.) Si la velocidad de la plataforma giratoria es exactamente 33 + 1/3 rpm, o 45 (o rara vez 78 o 16 ), el patrón aparece estacionario.

(2) Sin la luz estroboscópica, la velocidad de parpadeo de las luces fluorescentes antiguas (120 Hz en América del Norte) a veces se puede sincronizar con la velocidad de rotación de un plato giratorio, y un patrón estacionario se ve débilmente. Con un ojo muy agudo, incluso podría ver algo con una lámpara incandescente, ya que parpadea muy ligeramente. Pero las nuevas lámparas fluorescentes compactas y otras lámparas de última generación, y los LED, tienen una frecuencia de parpadeo muy alta, así que olvídalo con ellas.

(3) Si observa una pantalla CRT a través de un ventilador giratorio, puede ver un patrón de precesión muy lento, porque la velocidad de fotogramas es muy ligeramente diferente de la frecuencia de la línea de alimentación. Esto funciona para energía norteamericana a 60 Hz combinada con video NTSC, y para Europa a 50 Hz y video PAL o SECAM. (Japón, curiosamente, tiene algunas áreas con 50 Hz de potencia y otras con 60 Hz.) Pero con pantallas planas, por supuesto, todo eso está fuera de la ventana.

En este video se puede ver un uso divertido del efecto de rueda de carreta :

El rotor del helicóptero parece estar parado, mientras que, de hecho, la frecuencia de filmación de la cámara está sincronizada con la frecuencia del rotor. Por lo tanto, el rotor parece estar parado. La frecuencia del rotor de cola es diferente, por lo que esto se puede ver girando.