前へ走っている車の車輪が、動画ではゆっくり逆向きに回って見えることがあります。画像の中の目印が戻るように見えても、実際の車輪が逆転したとは限りません。連続した運動から、一定間隔の瞬間だけを取り出していることが鍵です。画像と画像の間に、どれだけ回った可能性があるかを考えましょう。
一枚の写真には、その間の動きが残らない
ストロボ観察は、短い間だけ見える光などを使い、動く物体の姿を間欠的に見る方法です。動画も一枚ずつの画像を時間順に表示します。実際の撮影では露光時間や照明の条件も関係しますが、ここでは一瞬の姿を一定間隔で記録する模型として扱います。
目印が一つだけの円盤が、写真の間にちょうど一回転したらどうでしょう。目印は同じ位置へ戻るので、写真を並べると止まって見えます。半回転なら反対側へ移ります。ところが二回転しても三回転しても、各写真の目印は初めの位置と同じです。「同じ場所に写った」という事実だけでは、回っていない場合と整数回転した場合を区別できません。
目印が六つ等間隔に並ぶ車輪では、さらに紛らわしくなります。六分の一回転で、ある目印の場所へ隣の目印が来るためです。全部が同じ形なら、入れ替わりに気づかず静止したように見えます。一つだけ違う色の目印を使うと、少なくとも別の目印との取り違えを減らせます。
ほぼ一周した動きを、少し戻ったと読む
一つの赤い点が、撮影の間に時計回りへ350度回ったとします。次の写真の位置だけを見ると、初めから反時計回りへ10度動いた位置と同じです。350度の実際の移動を、短い方の10度の移動としてつないで見ると、逆回転に感じます。円周上の場所は一周ごとに重なるため、最終位置だけでは回転した道筋が一つに決まらないのです。
これを、光が円盤を逆方向へ押した、と説明する必要はありません。見せる時刻を変えると、同じ回転がゆっくり進んだり、止まったり、戻ったりするように見えます。物体の運動と、それを観測する間隔の組み合わせから生じる現象です。
観察間隔を短くすれば、間に隠れる回転を小さくできる場合があります。ただし、どれほど速く回るかが分からないのに、画像を少し増やしただけで常に正しい向きが判定できるとは限りません。既知の回転の上限や、別の速度測定なども手がかりになります。
例題1 毎秒10回転を、0.1秒ごとに写す
赤い点が一つある円盤を、毎秒10回転の一定の速さで回します。0.1秒ごとに一瞬の写真を撮り、最初の点は真上にありました。各写真の点はどの位置になりますか。また、その写真だけから回転数を一つに決められますか。
答え・解説： 写真の間に10×0.1＝一回転するので、毎回真上です。しかし写真だけなら、回転ゼロ、毎秒20回転で二周ずつする場合なども同じ位置に写ります。回転数10という答えを出せるのは、問題文にそれが与えられているからです。静止して見える写真だけを根拠に、同じ数値へ逆算することはできません。
例題2 本当は時計回り、写真では逆向き
一秒間に時計回りへ9回転する円盤を0.1秒間隔で撮影します。点は一つだけです。一枚ごとに実際には何度回り、短い方の角度で写真をつなぐとどちら向きに何度ずつ動いたように見えますか。
答え・解説： 一枚の間に0.9回転、角度では324度回ります。同じ到着位置は反時計回りに36度戻った位置なので、短い角度をたどる見方では反時計回りに36度ずつ動いて見えます。0.9回転を0.9度としないこと。写真の点の並びから求めた見かけの向きは、実際の回転方向とは別の答えです。
観測の工夫を、危険な確認動作にしない
止まって見える回転部へ手を出してはいけません。見かけの静止は、機械の停止確認には使えません。また、ここでは点滅する光を実際に作らなくても、紙に円と目印を描いて計算を確かめられます。点滅を使う実験は体調への影響にも配慮し、適切な管理下で行う必要があります。
写真を読むときは、間隔、目印の数、同じ目印を追えているかの三点を余白に書いてください。一枚ごとの位置が正しく写っていても、その間の運動の推定を間違えることがあります。これは写真が嘘をついているのではなく、写真が記録していない情報を、見る人が補っているためです。
回転の基準は歯車の回転数へ、見かけの逆向きという別の天文現象は火星の逆行へ。火星の逆行は観測者と惑星の位置関係によるもので、ストロボと同じ原因だとは扱わないでください。