Dlaczego powstają korki na autostradach?
Grupa fizyków postanowiła przeanalizować mechanizm powstawania korków na drogach od strony matematycznej.
Dlaczego na autostradach powstają korki? Zjawisko to występuje na co dzień, ale powód jest nie do końca zrozumiały.
Co najbardziej zadziwia kierowców, to że pojawiają się one na autostradach w miejscu, gdzie nie ma widocznej przeszkody, takiej jak np. wypadek lub roboty budowlane. To że korki powstają przy „wąskich gardłach” (np. na zwężeniach, przy tunelach) wydaje się zrozumiałe.
Czemu powstają korki, gdy wszystkie pasy są przejezdne?
Za przeanalizowanie tego zjawiska postawiła zabrać się grupa japońskich fizyków z różnych uczelni (m. in. z Nagoya University, Nakanihon Automotive College, Aichi University, Meijo University, The University of Tokyo, Saga University), którzy najpierw dokonali analizy matematycznej zjawiska, po czym przeprowadzili eksperyment sprawdzający wyliczenia.
Stwierdzili, że to nie zwężenia na autostradzie powodują korki – są one jedynie katalizatorami zjawiska, które leży w naturze ruchu drogowego.
„Prezentujemy pierwszy eksperymentalny dowód, że powstanie korka drogowego jest kolektywnym zjawiskiem podobnym do dynamicznych przemian fazowych i tworzenia się wzorów w niestabilnym systemie” napisali w oświadczeniu.
Do przeprowadzenia eksperymentu zaangażowano kilkanaście osób oraz samochodów. Kierowców poproszono o jazdę po zaaranżowanym rondzie, posiadającym jeden pas ruchu, o długości 230 metrów. W pierwszej fazie eksperymentu 22 samochody poruszały się jeden za drugim z podobną prędkością (ok. 30 km na godzinę), zachowując zbliżoną odległość od siebie. Kierowcy zostali poinstruowani, aby jechać za samochodem przed sobą z bezpieczną odległością, starając się cały czas utrzymać prędkość przejazdu.
„Z punktu widzenia fizyki system ruchu samochodowego jest podobny do systemu wielu poruszających się cząstek, które cechuje niestabilność przepływu (…). Jadąc autostradą kierowcy kierują pojazdem w taki sposób, aby nie zderzyć się z pojazdem przed sobą. Możemy więc potraktować samochody jako cząstki poruszające się kolektywnie, które wchodzą ze sobą właśnie w taką interakcję – każdy zmienia swoją prędkość względem pojazdu przed sobą”.
Przy zachowaniu odpowiedniej gęstości samochodów na pasie, niewielkie różnice w ich prędkościach nie zachwieją stabilnością przepływu. Jeśli jednak ilość pojazdów przekroczy ilość krytyczną, te drobne zachwiania w ruchu nie zostaną „wchłonięte” lecz będą narastać i rozprzestrzeniać się aż do ustania przepływu – czyli zatrzymania się samochodów w korku.
W początkowym etapie udaje się zachować swobodny przepływu pojazdów. Po pewnym czasie, zaczynają jednak pojawiać się małe wahania w odległościach pomiędzy samochodami, które wraz z upływem czasu narastają. Swobodny przepływ zostaje zakłócony, przez co auta nie mogą poruszać się równomiernie. Wreszcie kilka pojazdów jest zmuszonych do zatrzymania się na chwilę.
„Obserwujemy wyraźne falę zatrzymujących się samochodów, która rozchodzi się w kierunku przeciwnym do ruchu pojazdów – nie jest to nic innego tylko właśnie korek drogowy. Fala zatrzymujących się samochodów utrzymuje stałą prędkość i rozmiar, roznosząc się na kolejne auta”.
O czym świadczy eksperyment?
Że do powstania korka na autostradzie nie jest potrzebne zwężenie pasa ruchu – jeśli na drodze będzie znajdować się zbyt wiele pojazdów korek i tak powstanie.
„Nie potrzeba widocznej przeszkody ani zwężenia żeby powstał zator na autostradzie. Powszechnie uważa się, że przyczyną korków są właśnie powstające „wąskie gardła” na drogach. W rzeczywistości korki powstają w tych miejscach, ponieważ zwiększają gęstość pojazdów na danym odcinku drogi, powodując przekroczenie krytycznej ilości pojazdów. Odwołując się do praw fizyki wykazaliśmy zasadniczy mechanizm powstawania korków na drogach”.
Ja więc unikać blokowana dróg?
Tworząc więcej alternatywnych tras, które rozłożą ilość samochodów na kilka możliwych szlaków. Dokładną stymulację matematyczną przygotowaną przez zespół możecie zobaczyć tutaj: www.traffic-simulation.de
