Почему создается эффект обратного вращения колеса при быстром движении?

это обман зрения!

Это так называемый стробоскопический эффект.Когда спицы колеса попадают
в одну точку кратное количество раз,то создётся эффект,что колесо стоит,а карета
перемещается.Когда спицы колёс "не дотягивают" до точки,т.е.одна спица не прошла
расстояние равное расстоянию между спицами,а кадр уже сменился на др.то будет
впечатление,что колесо вращается в обратную сторону движения кареты.Если спица пройдёт большее расстояние равное расстоянию между спицами,и кадр сменится,то будет впечатление, что колесо вращается по ходу движения кареты.Этот эффект наблюдается тогда,когда вращение колеса соизмеримо в какой-то степени, с частотой мелькания кадров на экране.Если частота вращения намного превышает частоту
мелькания кадров этот эффект исчезает.Весь этот эффект связан с характеристикой глаза человека,который улавливает 12 кадров (или изменений) в секунду, а далее
всё сливается для глаза.Отсюда и смена кадров 24 кадра в секунду,чтобы движущийся
предмет не перемещался на экране скакообразно.И частота всети тока 50 колебаний
в секунду, чтобы глаз НАДЁЖНО не улаливал чатоту измения освещения.Поэтому исскуственное освещение всё-таки вредно для организма,т.к. на подсознательном уровне глаз всё же улавливает эти колебания.Эта так же одна из причин вредности
просмотра телевизора,более безопаснее его смотреть при дополнитеьном освещении,
что скрывает контраст мелькания кадров.

Если речь идёт не о кино, то, вероятно, дело в том, что частота вибрации на неровностях дороги таким образом соотносится с частотой вращения. Но эффект тот же -- стробоскопический.