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Das Phänomen der sich rückwärts drehenden Räder

Da ich bereits mehrere Anfragen erhalten habe einen Artikel darüber zu schreiben, warum sich Räder von Autos, Kutschen etc. in Filmen oft rückwärts drehen, werde ich dieses Phänomen hier einmal erklären.

Zunächst muss man wissen, dass Filme eigentlich aus aneinandergereihten Einzelbildern bestehen. Etwa 25 Bilder pro Sekunde. Da unser Auge und unser Gehirn nicht in der Lage sind die Bilder einzeln zu erkennen, werden sie von uns als fortlaufender Film wahrgenommen. Das Gehirn ist in der Lage, die „Lücken“ zwischen den Bildern mit logischem Inhalt zu füllen, so dass wir dann einen zusammenhängende Film sehen. Trotzdem sind es immer noch einzelne Bilder.

Nun stellen wir uns mal den Wechsel von einem zum nächsten Bild vor. Im ersten Bild ist ein Rad mit Speichen zu sehen (z.B. von einer Kutsche). Die Speichen, die sich beim Fahren der Kutsche im Kreis bewegen, sind auf diesem Bild in einer bestimmten Stellung. Im nächsten Bild, das eine fünfundzwanzigstel Sekunde später aufgenommen wurde, hat sich das Rad weiter gedreht und die Speichen sind nun in einer anderen Stellung. Jetzt gibt es drei Möglichkeiten:

  1. Das Rad dreht sich relativ langsam. Jede Speiche ist also auf dem nächsten Bild nur ein wenig weiter gedreht. In diesem Fall erkennt das Gehirn die korrekte vorwärtslaufende Kreisbewegung des Rades.
  2. Das Rad dreht sich so schnell, dass die nächste Speiche im zweiten Bild nun an derselben Stelle steht, wie die andere Speiche im ersten Bild. In diesem Fall nimmt das Gehirn gar keine Veränderung war und es sieht so aus als würde das Rad sich überhaupt nicht drehen.
  3. Bei etwas geringerer Geschwindigkeit als in 2. ist die nächste Speiche im zweiten Bild soweit gedreht, dass die kurz vor der Stelle steht, an der die andere Speiche im ersten Bild stand. Das Gehirn verbindet nun die beiden Bilder zu einer fließenden Bewegung, die uns dann aber sehen lässt, dass das Rad sich rückwärts dreht, obwohl die Kutsche vorwärts fährt.

Es kommt also auf die Geschwindigkeit an, mit der das Rad einer Kutsche oder eines Autos sich dreht. Wenn ein Auto in einem Film beschleunigt und die Reifen dabei zu sehen sind, wird es so aussehen als würden sich die Räder erst einmal immer schneller drehen, bis der oben erklärte Effekt eintritt. Ab diesem Zeitpunkt scheint das Rad sich rückwärts zu drehen und mit weiterer Beschleunigung langsamer zu werden, bis es komplett stehen bleibt. Das Gleiche wiederholt sich bei weiter steigender Geschwindigkeit.

Das gleiche Phänomen kann übrigens auch auftreten, wenn ein Auto hinter einem Zaun entlangfährt. Die Zaunbalken, die die Sicht auf das Auto verdecken erzeugen auch den Effekt der einzelnen Bilder. Diese entstehen nämlich dann, wenn der Blick zwischen den Zaunbalken durch fällt und der Autoreifen zu sehen ist.

Im Zusammenhang mit Filmen nennt man diesen Effekt „Wagenradeffekt“ oder „Speichenradeffekt„. Der allgemeine Begriff lauten „Stroboskopeffekt„.

Der trockene Fußabdruck im nassen Sand

Wer träumt nicht davon jetzt bei strahlendem Sonnenschein barfuß am Sandstrand entlang zu laufen und das Rauschen der Wellen zu genießen? Ein wunderbares Gefühl, wenn der Sand unter den Füßen knirscht. In dem nassen Sand kurz vor dem Wasser können wir auch unsere ganz persönlichen Fußabdrücke hinterlassen. Bei genau so einem Fußabdruck ist dem Ein oder Anderen vielleicht schon mal etwas aufgefallen. Der komplett nasse Sand scheint durch das Auftreten um den Fuß herum zu trocknen und auch der Fußabdruck selber sieht trockener aus, als der Rest des Sandes. Doch wie kann das sein? Wo kann das Wasser im nassen Sand denn hin?

Diese Frage wird durch die Porosität beantwortet, eine Eigenschaft von Schüttungen oder Haufen aus vielen Partikel – in diesem Fall Sand. Die Porosität ist ein Maß dafür, wie viel Hohlraum zwischen den Partikeln einer Schüttung liegt. Porosität 0% bedeutet man hat ein massives Medium, in dem keine Luft eingeschlossen ist. Je höher die Porosität, desto mehr Hohlraum befindet sich in einem Haufen oder einer Schüttung.

Doch was hat die Luft zwischen Partikeln jetzt mit der Feuchtigkeit des Sandes zu tun? – Das Wasser des Meeres kann in genau diesen Hohlraum zwischen den Sandkörnern fließen und macht den Sand damit nass. Bei trockenem Sand befindet sich Luft zwischen den Körnern.

Wenn man jetzt über den nassen Sand läuft, der ab und zu von einer Welle überspült wird, muss man sich vorstellen, dass dieser Sand da schon viele Tausend Jahre liegt und immer wieder von Wellen glatt gespült wurde. Die vielen Sandkörner hatten also genug Zeit sich optimal anzuordnen. D.h. den Abstand zwischen den einzelnen Körnern und somit auch den Hohlraum dazwischen so gering wie nur möglich zu halten. Die Porosität ist somit minimal. Kleiner kann sie bei Sand nicht werden. Ganz nebenbei: Wenn man davon ausgehen würde, dass alle Sandkörner perfekte Kugeln wären und alle die gleiche Größe hätten, wäre der Wert für diese minimale Porosität 0,26 – also 26%. Die Kugelform könnte näherungsweise sogar stimmen, aber nicht alle Sandkörner sind gleich groß. Damit wird die Porosität sogar noch geringer, da sich kleinere Sandkörner in die Hohlräume zwischen größeren Körnern schieben können und somit den Gesamthohlraum verringern.

Auf diese optimale Anordnung von Sandkörnern, dessen Hohlraum komplett mit Wasser gefüllt ist, setzt man nun einen Fuß und übt somit eine Kraft aus, die die Ordnung des Sandes zerstört. Man könnte meinen durch das Drücken von oben wird der Sand noch zusätzlich verdichtet und die Porosität müsste abnehmen. Diese Annahme ist allerdings falsch, da der Sand ja bereits in einer optimalen Anordnung ist und sich somit der Hohlraum durch eine Störung – in diesem Fall unser Fuß, der auf den Sand auftritt – nur vergrößern kann. Eine Verringerung ist ja nicht mehr möglich.

Der Hohlraum zwischen den Sandkörnern und somit auch die Porosität werden also erhöht, die Menge an Wasser, die sich dort befindet bleibt aber gleich, solange keine neue Welle kommt. Wenn mehr Zwischenraum zur Verfügung steht, also Wasser vorhanden ist, bedeutet das, dass auch Hohlraum mit Luft gefüllt wird. Und wie oben bereits erwähnt ist der Sand, dessen Hohlraum mit Luft gefüllt ist, trockener Sand.

Durch die „Zerstörung“ der optimalen Anordnung des Sandes durch unseren Fußabdruck schaffen wir also eine kleine Schicht trockeneren Sand um unseren Fuß herum. Spätestens mit der nächsten größeren Welle ist dieser anschauliche Beweis der Porosität von Sand allerdings auch schon wieder zu Nichte gemacht.