Füüsika õpetaja raamat Füüsika õpetaja raamat : (Rattad pöörlevad tagurpidi)

Rattad pöörlevad tagurpidi

Filmides juhtub vahest, et liikuvate sõidukite rattad pöörlevad tagurpidi või seisavad paigal. Tegelikult pöörlevad rattad ikka õigetpidi, aga miks see siis filmis valesti paistab?

Kõrvalsõitva auto ratast on huvitav vaadata, aga juhikohalt ei tohiks endale selliseid vaatlusi lubada. Aeglasel sõidul on näha kuidas ratas pöörleb. Suuremal kiirusel ei suuda nägemine enam luua pilti kodarate (näiteks viis tükki) üksikutest asenditest ja ratas tundub ühtlase uduse kettana. Läbi selle on näha pidur. Vaadates auto ratast filmilt, paistab see ka mõnikord uduselt, aga teatud kiirustel näib ratas paigal seisvat. Juhtub ka, et ratas pöörleb aeglaselt edaspidi või tagurpidi, kuigi auto kiirus on suur.

Liikuvad pildid (kino, videoprojektsioon, arvutiekraan jms) petavad meie silmi ja veel enam aju kiire pildivahetusega. Kino loob liikumise illusiooni vilgutades ekraanile 24 kaadrit sekundis ja kaadrivahetuse ajal on ekraan hoopis pime. 24 fps (frames per second – kaadrit sekundis) ei ole tänapäeval enam päris täpselt kõigi liikuvate piltide korral õige, aga kuna see kino kuldajastust pärinev standard on üsna levinud praegugi, siis jääme selle juurde. Inimese silmad ja aju ei jõua nii kiirele vilkumisele reageerida ja nii sulavad järjestikused kaadrid meie jaoks kokku üheks liikuvaks pildiks. Eks ole ju kino tegelikult üks suur pettus, mitte ainult tehnilises, vaid enamgi veel psühholoogilises mõttes.  

Viie kodaraga ratas on pärast pöördumist 72° võrra jälle samas asendis. Tegelikult on ratas samas asendis iga täispöörde järel, aga kui kodarad on piisavalt sarnased, siis näib ratas olevat samas asendis iga viiendikpöörde järel. Filmimisel tehakse 24 pilti sekundis ja kui ratas pöördub 1/24 sekundi jooksul just 72°, siis satub ta igasse järgmisesse kaadrisse justkui samas asendis. Filmi esitamisel on kõigis järgnevates kaadrites samasugune ratas ja see paistab olevat paigal, kuigi tegevus, mis ümberringi käib, on muutuv. Kui ratas jõuab enne järgmise kaadri võtet pöörduda natuke rohkem, näeb see ekraanil välja aeglase edaspidi pöörlemisena. Kui aga pööre ei jõua 72 kraadini, siis tekib näiv tagurpidi pöörlemine.

Kui kiiresti peaks auto sõitma, et filmile jääda näivalt seisvate ratastega? Sõltub ratastest, võtame arvutada viie kodaraga ratta, mille läbimõõt on 50 cm.

d = 0,5 m

C = πd = 1,57 m

l = C/5 = 0,31 m (auto sõidab edasi viiendiku ratta ümbermõõdust, kui ratas pöördub 72°)

t = 1/24 s (aeg järgmise kaadrini)

––––––––––––––

v = l/t = 7,4 m/s =27 km/h

Kiirus võib olla ka selle täisarvkordne, sest näiteks 144° pööre annab jälle sarnase kodarate asendi.

Lisaülesanded

1. 19. sajandi lõpul, kui filmimine tehniliselt võimalikuks sai ja populaarseks muutus, olid suurlinnade tänavaid täitvate hobusõidukite esimesed rattad väiksemad kui tagumised. Selle väga populaarse coupé esirataste läbimõõt on 33", tagumistel 44".

Kui suure kiirusega peaks sõitma, et esiratas paistaks filmil seisvat paigal. (Kaadrisageduseks võiks olla 24 fps, kuigi tol ajal ei tehtud sellest kuigi suurt numbrit.) Kuidas näib siis pöörlevat tagaratas?

2. Miks olid ja on praegugi paljude vankrite ja tõldade esirattad väiksemad kui tagumised? Muidugi, Jänku-onu vastab: „Kui sa õige hoolega vaatad, siis vankri tagumised rattad käivad kiiremini ringi kui esimesed ja kui tagumine ratas jõuab esimesele järele, siis kukub nende vahelt kuldraha maha.” Kas selle, kasumlikkusele rõhuva vastuse kõrval on teada ka mõni tehniline põhjendus? Autodel on ju ühesuurused rattad, aga näiteks traktoritel jälle erinevad.

Palju rattaid ühel kettal koos, kodarate (tumedate laikude) arv 15 kuni 30.