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Blog de Gonzalo J. Olmo

Ciencia de papel

La física del tráfico y las explosiones

Vehículos en un atasco. Los atascos de tráfico se producen por muy diversas causas. Pero, en ocasiones, ocurren sin motivo aparente. Investigaciones recientes sostienen que la dínamica de estos atascos es similar a la de ciertas explosiones en gases.

Un estudio publicado esta semana en Physical Review E, de la Sociedad Americana de Física, pone de manifiesto que la forma en que se inician y propagan los atascos en carreteras con mucho tráfico siguen patrones idénticos al de explosiones químicas iniciadas por una detonación.

Detonación de 10 miligramos de nitrato de plata con dos ondas de choque. Cuando se produce una detonación en un medio gaseoso, se genera lo que se conoce como una "onda de choque". Esta onda de choque consiste en una zona de anchura relativamente pequeña en la que la presión y la temperatura son muy elevadas. La onda de choque se propaga a través del medio a velocidades superiores a la del sonido. Cuando la detonación se produce en un medio explosivo, como gases inestables, el aumento de presión y temperatura producidos al pasar la onda de choque fuerza la explosión de estos gases y la energía resultante ayuda a que la onda de choque se propague hacia adelante (explosión autosostenida). Como la onda de choque se propaga más rápido que el sonido, solo las explosiones que se producen en regiones muy próximas a ella pueden contribuir a su propagación.

¿En qué se parece un atasco a una detonación? Cuando en una carretera con tráfico denso un conductor frena sin motivo aparente (porque le suena el móvil, o cambia el cd, ...) se inicia la detonación. Tras este frenazo, los conductores que van justo detrás de él también frenan brúscamente y fuerzan la frenada de los de más atrás. Esta reacción en cadena se propaga como la onda de choque de una detonación: va más rápido que la velocidad del "sonido". La "velocidad del sonido" debe entenderse como la velocidad a la que normalmente se propagan las perturbaciones en el tráfico. Es decir, cuando un conductor frena suavemente, los demás tienen cierto margen de tiempo para ajustarse a esa velocidad, por lo que esa "perturbación" del tráfico se propaga a una velocidad relativamente baja conocida como "velocidad del sonido". El frenazo brusco no es una perturbación y, por tanto, la velocidad a la que se propaga es mucho mayor que la de las perturbaciones en el tráfico normal. Tras la detonación, el causante puede continuar su marcha normalmente sin afectar a la onda de choque que él ha causado, pues esta onda sólo se alimenta de los vehículos más próximos a ella.

De este estudio se desprende que en carreteras muy concurridas, un frenazo sin importancia (detonación) puede provocar una reacción en cadena (onda de choque) que se propaga a grandes velocidades y a distancias considerables, lo que puede provocar accidentes múltiples y/o dificultades en la circulación. Comprender mejor el origen y la dinámica de estos fenómenos podría ayudar a prevenir sus efectos.

Los autores de este estudio, han extraído sus conclusiones a partir de un modelo teórico simplificado sobre cómo se mueven los vehículos en una carretera. Otros estudios, sin embargo, utilizan observaciones empíricas de los movimientos de grandes grupos de animales para comparar con el comportamiento de los coches. Así, por ejemplo, se ha observado que las hormigas no causan atascos en sus hormigueros. La velocidad a la que se mueve el grupo de hormigas es la misma independientemente de que haya muchas o pocas, por lo que el flujo de entrada y salida a los hormigueros es siempre muy suave. ¿Por qué no ocurre lo mismo cuando vamos o salimos del trabajo? La clave quizá esté en que no hay hormigas con prisas que intenten adelantar a las que tienen delante. Lo importante para ellas es que el grupo en su conjunto llegue hasta donde tiene que llegar. No necesitan ser las primeras. Aún tenemos mucho que aprender de ellas sobre el significado de "comunidad", "sociedad" y, como no, del tráfico.

Hormigas.

Publicado el 7 de junio de 2009 a las 16:30.

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Comentarios - 5

1 | Juanjo - 07/6/2009 - 21:48

Coches automáticos tipo "minority report", eso es lo que necesitamos... Que los vehículos sean sólo para el transporte y que se evite que en situaciones cotidianas sean el hobby de alguien.

Muy curioso el post. Thx Dr. G.

2 | Irene - 08/7/2009 - 22:55

aunque parezca una tontería, creo haber leido hace tiempo un artículo que relacionaba las típicas lluvias que siempre caen en findesemana con la contaminacion de los coches...
podrías publicar un artículo sobre este tema?

felicidades por el artículo, muy claramente explicado.

3 | SWAPNIL TRIPATHI - 19/7/2009 - 23:27

Excellent blog Gonzalo,
thought provoking and very important for todays world. I would really like to see more research on this and its implementation. I have been in terrible traffic jams and could never understand the reason why all cars could just not move at normal speeds in a sequential manner.
A research study on traffic jams was done by Mathematicians at University of Exeter suggests that traffic jams are precipitated because of over reaction of drivers.

A driver slow down suddenly, causes the following driver to brake even more sharply and so on. If drivers expect a slow down ahead and decelerate slowly and smoothly the problem with traffic jams could be alleviated somewhat.

4 | Gonzalo J. Olmo (Web) - 27/7/2009 - 10:21

Hello Swapnil, thanks for your comments. The over reaction of drivers described in the research that you mention are related to the explosive dynamics that I discuss here. I also believe that further research in this direction is needed but it is also necessary that authorities eventually accept the conclusions of scientists and take the right steps to minimize risks in roads and improve our driving experience.

5 | fsaf - 02/12/2009 - 14:37

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Gonzalo J. Olmo

Gonzalo J. Olmo

La ciencia nunca es aburrida, ni siquiera la de papel; la que se hace con bolígrafo, imaginación y mucha paciencia. Me refiero a la ciencia que hacía Einstein o a la de Stephen Hawking, personajes tan famosos (o más) que Bush o Bin Laden, pero que trabajan o trabajaron en el lado de los buenos. 

Quizá fue influenciado por ellos (los dos buenos) por lo que me decidí a estudiar Física y continué con un doctorado en Física Teórica y Astrofísica. Ahora, tras algunos años como investigador postdoctoral y habiendo vivido muy lejos de aquí, sigo enamorado de la ciencia. Me gustan todas, aunque prefiero la de papel.

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