차 바퀴가 역회전 하는 것처럼 보이는 이유

차바퀴가 역회전하는 것처럼 보이는 이유

안녕하세요. 지금부터 차바퀴가 역회전하는 것처럼 보이는 이유에 대해 살펴보도록 하겠습니다.

 

우리가 일상에서 흔히 접할 수 있는 현상 중의 하나로 빠르게 회전하는 물체가 반대 방향으로 역회전하는 것처럼 보이는 현상이 있어요. 대개 선풍기나 주행 중인 자동차의 바퀴, 아니면 헬리콥터의 프로펠러 등 빠른 속도로 회전하는 물체에서 관찰하실 수 있어요.

 

이 현상은 마차 바퀴 현상, 역마차 바퀴 현상, 스트로브 효과 등이라는 이름으로 불리고 바큇살이 달린 바퀴가 실제 회전과 다르게 거꾸로 회전하는 것처럼 보이는 착시 현상이에요.

원리는 단순한데 네 개의 바큇살이 시계 방향으로 빠르게 회전한다고 가정해보겠습니다. 그리고 12시 방향의 바큇살을 주시하고 있을 때 분명 바큇살은 회전 반경 안에서 매우 빠르게 회전할 겁니다. 하지만 우리의 눈은 변화하는 순간순간을 감지할 수 있는 능력이 없어요.

 

이러한 상황에서 9시 방향에 있던 바큇살이 12시 방향으로 왔을 때의 순간을 우리 눈이 포착한다면 우리는 12시 방향에 있던 바큇살이 그 상태 그대로 있는 것으로 착각하게 돼요. 그리고 이 속도를 반복적으로 유지한다면 우리 눈은 바큇살이 멈춘 것으로 인식하게 돼요.

 

하지만 9시 방향에 있던 바큇살이 11시 방향으로 향하는 순간을 포착하게 된다면 우리 눈은 12시 방향에 있던 바큇살이 11시 방향으로 간 것으로 착각하여 전체적으로 바퀴가 역회전하는 것처럼 인식하게 돼요. 우리가 빠르게 회전하는 선풍기나 주행하는 자동차 바퀴 등에서 역회전을 관찰하는 순간이 바로 이때입니다.

 

다른 상황으로는 9시 방향에 있던 바큇살이 1 2시를 조금 넘은 순간을 우리 눈이 포착할 때인데 이때는 정방향으로 회전하는 것처럼 보이나 느린 속도로 회전하는 것처럼 보여요. 그래서 선풍기의 회전을 보면 빠르게 시계 방향으로 회전하는 것처럼 보이다가 갑자기 반시계 방향으로 회전하는 것처럼 보이는 거예요. 또한 그 상태로 속도를 일정하게 유지하게 되면 고정된 회전 방향을 유지하는 것처럼 보여요. 이것이 마차 바퀴 현상의 원리입니다.

 

우리 눈이 정지한 순간을 포착하는 그 한 장면을 프레임이라고 해요. 보통 사람은 평균 1초당 12 프레임을 감지할 수 있다고 하는데 1분에 144번 회전하는 바큇살을 볼 때 제 눈에서는 바큇살의 위치가 변동이 없는 것처럼 보였어요.

 

바퀴살이 회전하는 속도에 따라 사람 눈에는 회전하는 바큇살이 빨라 보이기도 하고 느려 보이기도 하고 때로는 멈춘 것처럼 보이기도 하면서 가끔은 역회전하는 것처럼 보이기도 하는 것이죠.

여기까지 마차 바퀴 현상의 원리에 관하여 설명을 해드렸는데 약간의 오류가 있어요. 좀 더 이해를 돕기 위해 실제 우리가 이 현상을 접하는 주변 환경은 제외하고 말씀드렸어요. 하지만 본인이 있는 장소나 내부일 경우에는 다른 조건이 형성돼요.

 

예를 들어보자면 건물 안은 형광등을 이용하여 불을 켜놓은 상태입니다. 형광등의 주파수는 약 50~60Hz인데 형광등은 1Hz당 2회의 깜빡임이 있으므로 형광등은 1초에 100~120회를 깜빡이는 것이죠. 이 상황과 우리 눈이 인식하는 프레임을 복합적으로 생각해 본다면 매우 헷갈리므로 원리만 간단하게 이해하고 넘어가도록 하겠습니다.

 

실생활에서 마치 바퀴 현상을 잘 활용한 것에는 애니메이션과 플립북이 있어요. 플립북은 누구나 만들 수 있어요. 같은 그림에 약간의 변화만 주어 그린 뒤에 빠르게 넘기면 되고 사람 눈이 감지하는 프레임보다 빠른 속도로 넘기면 사람 눈은 그 장면을 연속한 장면으로 인식하게 돼요.

 

또한 재미있는 다른 예시를 들어보자면 나우 유 씨미2의 명장면 중 하나에서 내리는 비를 멈춘 것처럼 보이게 하는 마술 장면이 있어요. 아마 많은 분이 이 장면을 CG라고 생각하셨겠지만 실제로 연출한 장면이라고 해요.

 

앞서 형광등이 1초에 120회 정도 깜빡인다고 말씀드렸는데 이 깜빡임을 사람 눈의 프레임 배수에 맞춰 불을 깜빡여 준다면 내리는 빗방울을 멈춘 것처럼 보이게 할 수 있어요. 그리고 깜빡임을 조절하여 비가 다시 하늘로 올라가는 것처럼 보이게 할 수도 있어요. 이는 우리가 빠르게 회전하는 물체에서 역회전을 관찰할 때의 순간과 마찬가지의 원리를 적용하면 돼요.

이러한 현상 때문에 공장 같은 곳에서는 사고가 발생하기도 해요. 공장에는 바퀴 모양 형태의 기계 장치가 많이 존재하는데 자칫 기계 장치의 회전이 멈춘 것처럼 보여서 사고가 발생할 수 있어요. 이러한 끔찍한 상황을 방지하기 위해서 공장에서는 깜빡임이 없는 백열전구를 이용하거나 주파수 조절장치 등을 사용하여 눈이 기계의 회전을 착각하지 않도록 도와줘요.

 

지금까지 차바퀴가 역회전하는 것처럼 보이는 이유에 대해 살펴보았습니다. 감사합니다.