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viernes, 19 de julio de 2013

EL EFECTO ESTROBOSCÓPICO

En ocasiones, cuando vemos en la televisión las carreras de formula uno, observamos como las ruedas giran en sentido contrario a la dirección del coche, y nos preguntamos:
¿Como es esto posible?

Este efecto óptico, en el caso de imágenes vistas por televisión, son debidas a la frecuencia de muestreo que tienen la cámaras de video digitales, que van entre 20 y 60 por segundo.

La frecuencia de muestreo se rige por la Ley de Nyquist, que básicamente nos dice que para muestrear un fenómeno (imagen, sonido, temperatura) con fidelidad es necesario usar una frecuencia de muestreo de al menos 2 veces la frecuencia de variación de este fenómeno.

Supongamos que muestreamos a una alta frecuencia (mayor que la de Nyquist) las posiciones de la rueda de un coche al girar. Obtendríamos los siguientes valores, que expresamos en horas como si de un reloj se tratara:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 …

Con este muestreo queda patente que la rueda está girando, el reloj avanza en sentido horario.
Si muestreasemos a la mitad de frecuencia perderíamos la mitad de los valores (la mitad del detalle), y sólo veríamos los valores:

1 3 5 7 9 11 1 3 5 7 9 11 1 3 5 7 … 
Perfecto, la rueda sigue girando.

Ahora supongamos que muestreamos a una frecuencia 6 veces menor que la inicial.  Perdemos gran cantidad de los valores, de modo que veríamos:

6 12 6 12 6 12 6 12 6 12 6 12 …

Percibimos una especie de parpadeo, vemos alternativamente la rueda en una posición y después media vuelta más adelante Seguimos percibiendo que gira pero es muy confuso determinar en qué sentido exactamente.
El mayor problema está en si muestreamos a una frecuencia todavía menor, por ejemplo 10 veces menos que la inicial. Atención a los valores que obtenemos:

1 11 9 7 5 3 1 11 9 7 5 3 …

¡La rueda está girando al revés!

Nosotros hemos realizado este vídeo basándonos en el efecto Estroboscopico para poder ver de una manera sencilla como una peonza que gira en un sentido, de repente se para y gira en sentido contrario.
El efecto Estroboscópico es el efecto óptico que se produce al iluminar mediante destellos un objeto que se mueve de forma rápida y periódica.



Para la realización de este video hemos fabricado un cajón de madera, donde hemos colocado una lámpara de 100W/50hz, con esto conseguimos que al encenderse y apagarse la lámpara 50 veces por segundo a pesar de que el ojo humano no lo aprecie, es como si tuviésemos 50 fotografías de la peonza girando, con lo cual, ya tenemos una frecuencia de muestreo.
Luego hemos fabricado varias peonzas con diferentes números y tamaños de de radios, de tal forma que obtendremos diferentes frecuencias en función de las revoluciones por minuto a la que gire la peonza.

Si nos fijamos en las imágenes del vídeo, vemos perfectamente como la peonza gira en un sentido, se para y luego gira en sentido contrario, en este caso eso mismo se puede observar a través del ojo humano sin necesidad de haberlo grabado anteriormente.