Agosto 6, 2021

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Come si formano gli ingorghi? Edizione serale della Francia occidentale

Scritto da Walid Mouhal, insegnante di fisica e ricercatore, all’Ecole des Engineering di Parigi

È un abbonamento semi-obbligatorio. Sulla strada per le vacanze, devi spesso attraversare ingorghi. Ma come si forma? Alcune risposte con Walid Mohl, docente e ricercatore in fisica, all’Ecole des Engineering di Parigi.

Tra i tanti ricordi dell’estate, secondo i desideri e gli anni, ci sono il mare e la montagna… ma anche gli ingorghi. Perché è impossibile andare avanti, se non sporadicamente, quando non ci sono perdite in vista, nemmeno un incidente?

Gli ingorghi hanno molte conseguenze economiche, sociali, logistiche, sanitarie e ambientali. Nell’agosto 2010, la congestione del traffico a Pechino è durata cento chilometri per 12 giorni, a causa dei camion che portavano le attrezzature al lavoro sull’autostrada G110. Uno studio condotto da un istituto di ricerca e una società americana nel 2013 ha mostrato che gli ingorghi costano all’economia francese 5,9 miliardi di euro ogni anno. Inoltre, la congestione del traffico è una delle principali fonti di inquinamento atmosferico.

Come si forma un ingorgo? Come lo eviti? Cosa può fare la scienza per questo problema?

Comprendere il fenomeno molto semplicemente con l’esempio

In caso di ingorgo sulla strada, quando il conducente del veicolo cambia corsia, il veicolo dietro di lui deve frenare e diffondere questa onda (o onda) di frenata a poco a poco e gradualmente. Se la prima vettura avesse ridotto la sua velocità del 10%, la decima avrebbe ridotto la sua velocità di almeno il 20% per motivi di sicurezza (mantenendo lo spazio di frenata), ma anche mantenendo il riflesso.

La pazienza è spesso una delle migliori qualità in una situazione di ingorgo. (Foto: Thierry Croix/Quest France)

Tanto che dopo diversi chilometri si creerà inevitabilmente un ingorgo. Questo fenomeno è chiamato “effetto farfalla” o “effetto bruco”: una piccola causa provoca una reazione molto più grande alla fine della catena.

Se i primi veicoli che rallentano leggermente a causa della congestione del traffico creata sono stati colpiti e hanno rapidamente ripreso velocità, ci vorrebbe un certo tempo per quelli a valle prima di poter uscire da questa situazione. Questa è la definizione di avvolgimento a fisarmonica.

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Questo cambio di corsia menzionato è solo un esempio tra gli altri che potrebbe spiegare un ingorgo senza una ragione apparente. Diverse modalità di guida da un individuo all’altro, le modalità di accesso ai veicoli o anche l’effetto della semplice curiosità possono causare interruzioni del traffico.

Un’analogia per capire il fenomeno…

Per studiare gli “auto socket” si utilizzano infatti modelli della meccanica dei fluidi o della fisica dei mezzi granulari, perché la versatilità dei modelli fisici rende possibile utilizzare la stessa equazione per modellare a priori fenomeni diversi.

Il flusso automobilistico può essere immaginato come un liquido che scorre in un tubo o come palline che rotolano in un flusso d’aria. Se una delle sfere rallenta in un punto del canale, questo ha effetto su tutte le sfere a valle; La turbolenza si diffonde all’indietro, proprio come un’onda. Questo è ciò che accade negli ingorghi.

Come si forma, si diffonde e si amplifica questo rallentamento? Dobbiamo rivolgerci a modelli matematici della meccanica per rispondervi. Qui, i parametri statici vengono utilizzati per modellare il sistema, ad esempio la velocità autorizzata, la velocità con cui si diffonde l’ingorgo e il numero massimo di auto che il percorso può ospitare.

Per riprodurre in modo soddisfacente il fenomeno della congestione del traffico, i fattori principali sono il flusso di traffico iniziale, la tendenza degli automobilisti a “reagire in modo eccessivo” e la tendenza dei conducenti a reagire in ritardo.

Le formiche non hanno gli stessi problemi che abbiamo noi a gestire gli ingorghi. (Foto: Thammanoon Khamchalee / Shutterstock)

Contrariamente alle previsioni, la velocità dei veicoli e la densità del traffico non hanno praticamente alcun effetto, tranne che in situazioni di confine. Un sistema può deteriorarsi rapidamente: un disturbo molto piccolo colpisce l’intero sistema. Questo disturbo può essere un guidatore nervoso, una curva estremamente stretta, un’anomalia sulla strada, ecc. Un singolo guidatore può causare un ingorgo (o assorbirlo, ma ciò non accade mai, perché un guidatore che esce da un ingorgo tende ad accelerare troppo).

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Conclusione: è assolutamente necessario evitare, per quanto possibile, di reagire con troppa forza o peggio, e fermarsi del tutto. È meglio guidare a 1 km/h che dover fermare l’auto. In questo modo, l’ampiezza dell’onda viene ridotta e la sua lunghezza d’onda viene aumentata, che è il primo passo nella sua attenuazione. Un’altra raccomandazione: dotare le auto di regolatori appositamente adattati per condizioni di traffico lento.

Soluzioni e paradossi

Quando si va in vacanza, gli ingorghi sono inevitabili. Le autostrade sono in grado di ospitare solo un certo numero di veicoli all’ora. Dopo una certa velocità, il flusso del traffico diminuisce fino a fermarsi completamente.

Possiamo anticipare gli ingorghi? Sfortunatamente no! Visualizzare le onde in tempo reale e su larga scala è quasi impossibile… Inoltre, se il moto dei fluidi, governato da leggi fisiche, è completamente “stabile”, il comportamento umano rimane imprevedibile.

Pertanto, per regolamentare il traffico, possiamo lavorare secondo determinati criteri. Ad esempio, giocando alla massima velocità consentita, anche occasionalmente. Su un asse con più accessi possono essere installate lampade per variare l’intensità dei nuovi arrivi. Inoltre, può incoraggiare il buon senso ad aggiungere metodi. Ma non è così semplice: a Stoccarda, alla fine degli anni Sessanta, importanti lavori di ampliamento della rete stradale portarono a massicci ingorghi, a seguito dei quali la nuova tratta fu completamente chiusa.

La scienza ha anche dimostrato che l’autostrada può ridurre la velocità media del traffico. Questo è il “paradosso di Braess” sviluppato da un matematico omonimo. Fondamentale: se la città decidesse di costruire una nuova strada (chiamiamola A) molto più veloce delle corsie esistenti (chiamate B e C), tutti gli automobilisti sceglierebbero A.

Si forma un ingorgo e, alla fine, i conducenti impiegano più tempo a prendere in prestito A piuttosto che distribuirsi sulle corsie B e C. Da allora la sua teoria è stata confermata. Nel 1990, New York City chiuse la 42nd Street: il traffico a Manhattan divenne più fluido. A Seoul, la distruzione di un’autostrada ha contribuito a migliorare il traffico in generale.

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Gli automobilisti, infatti, agiscono in modo egoistico, costantemente soggetti a interessi individuali/conflitti di interesse collettivi.

Traffico intenso sull’autostrada RN 165 vicino a Lorient quando si parte per lavoro. (Foto: Thierry Croix/Quest France)

Ricordiamo quindi le raccomandazioni scientifiche per evitare gli ingorghi: aumentare le distanze di sicurezza per evitare frenate improvvise che causano rallentamenti significativi in ​​condizioni di traffico intenso, ridurre la velocità complessiva mantenendo una velocità relativamente costante, non cambiare costantemente corsia, stare attenti, imparare a rilassati per mantenere una guida regolare.

Come abbiamo visto, gli ingorghi sono associati a un’altissima concentrazione di persone che girano intorno allo stesso posto. Tuttavia, i movimenti di grandi colonie di formiche non affrontano questo problema. Nelle formiche, infatti, quando la densità aumenta, il flusso aumenta e poi diventa costante, a differenza degli umani che superano un certo limite di densità, rallentano per non scorrere e causare ingorgo.

Se la densità è troppo alta, le formiche non corrono più sulla strada e aspettano. La scelta è condizionata al costante adattamento a queste regole di movimento “implicite”. Il traffico automobilistico segue le regole imposte, come fermarsi al semaforo rosso, indipendentemente dal traffico.

I sistemi di trasporto intelligenti possono essere influenzati dall’adattamento permanente delle formiche. La guida autonoma metterà alla prova la fluidità della strada, può rendere il traffico più omogeneo, ridurre gli errori umani nella stima e consentire di ottimizzare i tempi di viaggio in base al traffico.

La versione originale di questo articolo è stata pubblicata su Conversazione.

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