Traducido por Rafael Martínez-Oña. El hacinamiento nos afecta casi todos los días, desde las colas de los supermercados a los atascos de tráfico. Timothy Saunders del EMBL explica por qué esto es interesante para los científicos y cómo estudiar este fenómeno en clase.
Meca
Imagen cortesía de Fraz Ismat;
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La física de las aglomeraciones es un área de investigación en muchos ámbitos, desde la seguridad pública a las interacciones de las proteínas. Las aglomeraciones se producen en muchos lugares: personas que entran a los estadios, atascos de tráfico, migraciones de animales (por ejemplo ñus o salmones) y hacinamiento molecular dentro de las células.
fuertes corrientes y los
cocodrilos para cruzar el río
Mara, Kenia
Imagen cortesía de Rainbirder;
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Las razones del hacinamiento son tan variadas como sus ocurrencias, por ejemplo incluyen grupos de personas, animales o moléculas; calles estrechas; obras en carreteras; accidentes; falta de visibilidad; presión social (cuando la gente tiene desconocimiento, tiende a seguir a los demás); evitación del peligro (los grupos de animales para evitar los depredadores); lugares de salida limitados (ñus cruzando ríos en aguas poco profundas durante la migración); pánico (escapando del fuego), y cambios rápidos de velocidad (formación de embotellamientos de tráfico).
Las aglomeraciones son un verdadero problema y para su estudio la física puede resultar de utilidad. Las multitudes tienen una dinámica interesante: deben ser estudiados tanto el comportamiento de los miembros individuales como el grupo en su conjunto – y este puede cambiar rápidamente o volverse inestable. El comportamiento de las aglomeraciones incluso puede ser contrario a la intuición. En un atasco de tráfico, por ejemplo, la posición del vehículo que está al comienzo del atasco a menudo queda bloqueada, por el flujo de tráfico contrario, conforme se propaga el atasco de vehículosw1.
Newton-Syms; image
source: Flickr
Para conocer más detalles de los fenómenos de masas en las aglomeraciones ver información en línea suplementariaw2.
La lección propuesta explica a los estudiantes de 14 años y mayores algunos de los principios generales relativos a las aglomeraciones. En particular, se señala la necesidad de considerar distintas áreas de la física para explicar y hacer frente a fenómenos tan complejos. La lección se puede utilizar para enseñar las fases de la materia (ya que las aglomeraciones pueden ser tanto de sólidos como de fluidos), propiedades de los fluidos, fuerzas e interacciones, y la dinámica. El programa de la lección está disponible en líneaw2.
Meca. Haga clic sobre la
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Imagen cortesía de Hani
Nabulsi
una estación de metro de
Londres. Haga clic sobre la
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Robinson; procedencia de la
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Los siguientes experimentos tienen por objetivo adquirir una comprensión intuitiva de cómo distintos factores afectan a las aglomeraciones. Requieren que los estudiantes se comporten con sensatez y eviten los peligros. Recordar que los alumnos deben evitar el contacto físico durante los experimentos y que éstos siempre deben hacerse andando.
Este experimento analiza cómo un acceso estrecho puede generar una aglomeración (esto es particularmente importante cuando se diseñan las salidas de incendios) y demuestra que la aglomeración puede disminuir cuando se fuerza salir a la gente ordenadamente.
Imagen cortesía de Timothy Saunders
distribución de los tiempos
medidos. Haga clic sobre la
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Imagen cortesía de Timothy
Saunders
cualitativa de los tiempos de
salida: andando frente
corriendo. Los tiempos de
salida son similares pero la
dispersión es mayor cuando
se sale corriendo, una
situación que debe evitarse
cuando se diseña una salida
de emergencia. Haga clic
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Imagen cortesía de Timothy
Saunders
El tiempo de salida debe ser menor cuando la valla está presente. Esta divide el flujo de alumnos en dos corrientes separadas, lo que reduce la probabilidad de que dos personas se acerquen mucho la una a la otra y hace que el bloqueo sea menos probable. Este es un ejemplo de física no intuitiva – un objeto situado en el camino acelera la salida. Las simulaciones de los escenarios anteriores y el análisis de la física asociada están disponibles en líneaw3, w5.
¿Qué significan estos resultados de cara al diseño de las salidas de incendios y normas de seguridad contra incendios? ¿Se deben poner obstáculos delante de las salidas de emergencia? Esto no siempre es práctico. ¿Qué pasaría si se permitiera correr? Aunque esto podría disminuir el tiempo de salida, también aumenta las probabilidades de un accidente – y una persona lesionada en una puerta podría bloquear la salida de las demás (Figura 3).
maureenlafleche; procedencia
de la imagen Flickr
Este experimento pone de manifiesto cómo las limitaciones de espacio pueden alterar el flujo de personas o generar atascos de tráfico. Esto es particularmente relevante en situaciones en que las multitudes son densas, como los peregrinos a La Meca (en el Hajj)w2 o en hacinamiento molecular (las proteínas de gran tamaño en el citoplasma de las células tienen una tasa de plegado mayor cuando se encuentran en mayor densidad, para ocupar el menor espacio posible, ver McGuffee & Elcock, 2010). Aunque el experimento es una simplificación considerable de estos sistemas, se pone de relieve cómo el hacinamiento puede alterar el comportamiento colectivo.
de tiempos medidos por los
cronometradores. Haga clic
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Imagen cortesía de Timothy
Saunders
Cuando la densidad es baja (por ejemplo en el pasillo ancho) el blanco está, más o menos, la misma cantidad de tiempo en cada una de las cinco áreas (aunque un poquito más tiempo en las áreas de los extremos, puesto que parar y dar la vuelta lleva algún tiempo). A medida que aumenta el hacinamiento, es probable que se formen atascos en el centro porque es ahí donde las velocidades son (en principio) más altas y en el pasillo más estrecho hace que sea más difícil evitar los tropiezos con otros estudiantes - por lo que para evitar una colisión se producen paradas, lo que provoca una obstrucción. Por lo tanto, en los pasillos más estrechos, el blanco pasa más tiempo en las áreas centrales.
Este es un ejemplo de cómo cambia el comportamiento al pasar de un sistema sin restricciones a uno con restricciones. Esto es similar en principio a la formación de atascos de tráfico cuando se reduce el número de carriles (aunque, obviamente, ¡los coches no van en sentidos opuestos por un mismo carril!). Los estudiantes también pueden notar que se forman flujos similares a los de los peatones en las aceras muy transitadasw5. Esto sucede porque se hace más eficiente para alguien a seguir el camino de otra persona en lugar de formar una nueva ruta entre la multitud.
Resumir los resultados claves:
Se puede plantear a los estudiantes que escriban un artículo sobre un tipo determinado de aglomeración, cómo la física puede explicar la aglomeración observada, y (si procede) qué se puede hacer para aliviar el hacinamiento. Algunos ejemplos podrían ser la peregrinación Hajj, el diseño de escaleras de incendios, la construcción de autopistas, la planificación urbana, las migraciones de animales, la difusión de las moléculas en las células, o aglomeración macromolecular en una solución.
Para estudiantes avanzados en matemáticas, el modelo del conductor inteligente es un buen ejemplo de cómo se pueden modelar las aglomeracionesw6.
El programa del tema para esta actividad está disponible como documento Word ó PDF.
Uno de los científicos, Dirk Helbing, se ha trasladado a la ETH Zúrich, Suiza. Su página web ofrece una buena colección de vídeos, enlaces y simulaciones de hacinamiento y otros comportamientos sociales de las masas tal como la sincronización de los aplausos. Ver: www.soms.ethz.ch/research/Videos