Mysterie van de dag: waarom lijken de wielen van een rijdende auto soms achteruit te draaien?

Welke mechanismen gaan er schuil achter het ‘wagenwieleffect’, het fenomeen waarbij wielen achteruit lijken te draaien terwijl de auto vooruit rijdt?

Het ‘wagenwieleffect’ dankt zijn naam aan een fenomeen dat voor het eerst opgemerkt werd in de bioscoop bij rijdende huifkarren in oude westerns. Het viel op dat de wielen van de karren achteruit leken te gaan, terwijl ze vooruit reden.

Wanneer we Yves Rolain, professor Elektrotechniek aan de VUB, om uitleg vragen, gooit hij de stelling van Nyquist op tafel. Dat is een theorie die de professor niet makkelijk aan zijn studenten krijgt uitgelegd en ook niet aan ons. Dus neemt hij er een ouderwetse wijzerklok met secondewijzer bij en begint zijn verhaal:

‘Als je de klok minstens een minuut lang bekijkt, zie je de secondenwijzer in wijzerszin minstens 1 omwenteling maken in wijzerszin. Dat spreekt voor zich. Nu maken we het een beetje moeilijker. Je mag de klok alleen bekijken gedurende 1 seconde, sluit dan de ogen gedurende 9 seconden en herhaal dat gedurende 1 minuut. Je krijgt slechts 6 beelden te zien in een minuut, zoals links boven in de figuur (zie onder). Geen vuiltje aan de lucht, je ziet de klok nog steeds in wijzerszin draaien. Het volgende experiment bestaat er in om 1 seconde te kijken, en dan 59 seconden de ogen te sluiten. Als je dat experiment herhaalt, dan staat de klok stil, zoals rechtsboven in de figuur. Als je dan finaal 1 seconde kijkt en 54 seconden de ogen sluit, krijg je de wijzer achtereenvolgens op de posities 1; 2; 3; 4; 5; 6 te zien. De klok draait dus nu schijnbaar in tegenwijzerszin en trager dan voorheen!’

Cinemabedrog

Maar wat heeft die klok nu te maken met de huifkar in de cowboyfilm? Wanneer we een film bekijken, krijgen we een soort van stroboscopisch effect van 24 frames per seconde te zien, waarbij korte periodes van beeld afwisselen met langere, weliswaar onopgemerkte periodes van duisternis, net zoals bij de klok van hierboven, maar dan aan een grotere snelheid.

Professor Rolain: ‘Dat verklaart dat je bij bepaalde snelheden op een scherm de indruk krijgt dat de wielen achteruit draaien. De stelling van Nyquist voorspelt dit fenomeen. Die fameuze stelling vertelt je trouwens nog meer dingen: om er voor te zorgen dat je het wiel vooruit ziet draaien en de snelheid correct kan inschatten, moet je minstens twee beelden kunnen maken gedurende 1 omwenteling van het wiel. Beschik je over minder dan 2 beelden per omwenteling, dan zeggen we in wetenschappelijke taal dat er aliasing aanwezig is, en kan je noch de grootte, noch de zin van de draaisnelheid correct inschatten.’

Ook naast het scherm

Maar hoe komt het dan dat we hetzelfde fenomeen ook waarnemen bij een continue verlichting, zoals bij zonlicht (dus, zonder stroboscopisch effect), bijvoorbeeld wanneer je in het echte leven op de autosnelweg een andere auto voorbij steekt?

Volgens Rolain verwerken de menselijke ogen bewegende beelden op eenzelfde manier als een camera. ‘De ogen hebben slechts een beperkte reactiesnelheid. Feitelijk komt dat er op neer dat je maar even kijkt, en dan virtueel je ogen even uitzet, en dan opnieuw gaat kijken.’