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Ciência do Trânsito

Com todo a tecnologia que mudou a sua paisagem, o homem moderno se acostumou a olhar o congestionamento como apenas mais uma mazela urbana. Encontrar certas vias engarrafadas no final das tardes ou no começo da manhã se tornou uma rotina. Mas compreender o funcionamento dessa complexa rede de transporte afim de propor alternativas coerentes e eficientes não é uma tarefa para qualquer um.

Motivados por isso, engenheiros, cientistas e urbanistas começaram a estudar o trânsito como uma ciência. Essa é origem do livro A física do trânsito do especialista na teoria de trânsito veicular, Boris Kerner, físico pesquisador da Daimler Chrysler na Alemanha. No livro, Kerner explica que o princípio da teoria do trânsito está na definição de três fase para o trânsito.

A primeira é o que ele chama de fluxo livre (do inglês, free flow). Nas condições de fluxo livre, o motorista pode escolher a velocidade e o comportamento que desejar. Mesmo que um motorista trafegue em velocidade mais lenta, outros motoristas conseguem se desviar dele.



Se a quantidade de veículos aumenta, os motoristas não terão opção senão guiar na mesma velocidade do carro mais lento da pista, porque para evitar colisões, os veículos guiam em velocidade igual ou inferior ao veículo a frente ou tentam escolher uma pista em melhor situação. Com o número de veículos suficiente, todos as pistas estarão em situação semelhante. O fluxo já não é livre, mas é sincronizado (synchronised flow). Todos juntos, a uma velocidade sincronizada, eventualmente chegam a algum lugar. Como a avenida Rebouças, em São Paulo, pouco antes do horário de pico. Os carros seguem lado a lado, quase encostados em seus vizinhos. A velocidade beira os 40km/h, mas, considerando o caos subseqüente, que pode (e normalmente vai) se instaurar, está ótimo. Nessa hora o motorista tem a noção desesperadora de que, se ocorrer um acidente ali na frente, o trânsito terá problemas, mas segue otimista, com fé na ordem natural das coisas.





No entanto, esse mesmo equilíbrio delicado pode ser abruptamente interrompido por, digamos, um eventual pneu furado em algum veículo. A partir desse instante, o trânsito se torna instável e o que Boris Kerner chama de congestionamentos dinâmicos (moving jams) começam a emergir. Os veículos se movem durante breves intervalos e voltam a esperar o movimento dos veículos da frente ou pela luz verde do semáforo.


É interessante notar como os físicos comparam os veículos com partículas conscientes. Diferente das moléculas, os veículos evitam colisões enquanto tentam se mover. Esse esforço para atingir seus destinos e evitar colisões agem de forma similar as forças de atração causadas pelas pontes de hidrogênio na água. Isso sugere que a densidade de veículos tem efeito semelhante ao calor na água. Se o calor aumenta, as partículas se movem mais rapidamente até que as pontes de hidrogênio não consigam mais aglutinar as moléculas levando ao estado gasoso. Quando as moléculas de água cedem energia, as forças de coesão acabam aglutinando as moléculas, primeiro para o estado líquido e por fim para o estado sólido.

A analogia serve ao trânsito como uma luva. No fluxo livre, os veículos agem como se estivessem no estado gasoso, bastante disperso, e com liberdade de movimentos e velocidades bem diferentes. No fluxo sincronizado, os veículos seguem em velocidades similares como um líquido escoando e no congestionamento, os veículos se movem como o teto de uma caverna de gelo que parte degela e enquanto outra parte congela.

Para saber mais:

- http://physicsworld.com/cws/article/print/996

- http://www.thp.uni-koeln.de/~as/Mypage/traffic.html

- http://en.wikipedia.org/wiki/Fundamental_diagram_of_traffic_flow

- http://en.wikipedia.org/wiki/Three_phase_traffic_theory

Editado: Analogia com a água e referências.

Comentários

Ae Rodrigo. Gostei do artigo, mas fiquei querendo mais :). Vc vai escrever mais sobre o assunto?

A última coisa legal que eu vi nessa área foi esse videozinho da universidade de nagoya: http://www.youtube.com/watch?v=Suugn-p5C1M ?

Ele mostra como congestionamentos podem ocorrer "espontâneamente" mesmo num trajeto livre.

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