Det trengs ingen flaskehals for at trafikken skal gå i stå. Når det er mange biler på veien, er det nok at noen bremser litt. Sett ned farten og hold avstand, så går det bedre for alle.
Denne artikkelen er over ti år gammel og kan inneholde utdatert informasjon.
En kork blir til
Forskerne har filmet sitt eget forsøk. Klikk på bildene for å se video som er lagt ut hos New Journal of Physics.
Her er bilene filmet med et 360-graders kamera. Klikk for å se videoen.
Kilde: New Journal of Physics/Yuki Sugiyama
Du nyter påsketrafikken, bak en uendelig rekke andre biler, og lurer kanskje på hvorfor det går i sneglefart.
Er det en ulykke? Vegarbeid? En flaskehals? Mest sannsynlig er det bare for mange biler der ute.
Mens du trekker pusten dypt og smaker på eksosdunsten, kan det kanskje hjelpe litt å tenke på bilene rundt deg som partikler, og meditere over fysikken som ligger til grunn for trafikkorker.
Kjedereaksjon
Japanske forskere har nylig testet en teori og en matematisk modell som forklarer hvorfor trafikken blir stående i stampe uten noen synlig grunn.
Den virkelige opprinnelsen til en trafikkork har ofte ingenting å gjøre med åpenbare hindringer som ulykker, veiarbeid eller flaskehalser.
Under de rette forhold kan selv den minste svingning i tettheten av biler på veien forårsake en kjedereaksjon som fører til en trafikkork.
Når du selv er ute og kjører, kontrollerer du bilen slik at den ikke kolliderer med bilen foran deg. Det vil si at du bremser hvis avstanden mellom dere blir for kort.
Små variasjoner i fart, som alltid vil eksistere når sjåfører holder trygg avstand til bilen foran, kan få en opphopende effekt når det er mange biler på veien.
Dokumentert i eksperiment
- Innenfor trafikkforskningen har vi i 10-15 år vært overbevist om at man ikke trenger noen flaskehals for at en trafikkork skal danne seg, sier Alex Hansen, professor ved Institutt for fysikk ved NTNU.
- Er hastigheten høy nok, og det er nok biler på veien, så skjer det av seg selv, forklarer han.
I den japanske studien er det imidlertid første gang at dette blir dokumentert i virkelige eksperimenter med biler.
Undersøkelsen bekrefter at en trafikkork kan oppstå som et kollektivt fenomen. Den gode nyheten er at det faktisk går an å gjøre noe for å hindre korkdannelsen.
- Kjør litt langsommere, så går det mye bedre for alle. Jo fortere du kjører, jo lengre tid tar en nedbremsing og akselerasjon relativt sett, og jo større blir risikoen for at det korker seg, sier Hansen.
- Skap større avstand til han foran, og unngå rykk og villmannskjøring, legger han til.
Annonse
Som en bølge
Så fort tettheten av biler på veien når et kritisk punkt, sprer nemlig effekten av en lett nedbremsing seg som en bølge til bilene bak, og fører til at trafikken stanser opp.
Dette kritiske punktet kalles kritisk biltetthet, og det er avhengig av faktorer som hvor mange biler det er på veien, farten til bilene, hvor tett bilene kjører, og folks reaksjonstid.
Når trafikken når dette punktet, er kork uunngåelig.
"Slik så trafikkeksperimentet ut. Du kan se video av forsøket ved å klikke på et bilde lengre nede i artikkelen."
På 1990-tallet begynte forskere å undersøke trafikkflyten som et dynamisk fenomen i et såkalt mangepartikkelsystem.
Her ser man på trafikken som et fysisk stoff som plutselig får andre egenskaper, som når vann koker, eller metaller mister sine magnetiske egenskaper ved en viss temperatur.
Trafikken “fryser”
For å forklare hva dette dreier seg om, bruker Yuki Sugiyama et annet eksempel vi kjenner godt.
- En trafikkork dannes på grunn av den kollektive effekten av mange biler på veien. Det kan sammenlignes med fenomener som at vann (flytende) forandrer seg til is (fast) ved temperaturen 0 grader celsius, sier Sugiyama.
- Denne temperaturen kalles kritisk temperatur, sier han.
Sugiyama er hovedforfatter på den japanske studien, og professor ved Department of Complex Systems Science ved Nagoya University.
Annonse
- Endringen av den makroskopiske tilstanden kalles faseovergang, og er forårsaket av effekten av den kollektive oppførselen til mange partikler (molekyler), sier han.
- For trafikkflyt korresponderer kjøretøyene til vannmolekylene. Den kritiske biltettheten korresponderer til den kritiske temperaturen.
- Den makroskopiske tilstanden endrer seg gjennom den kritiske tettheten av biler, slik at en fri trafikkflyt blir til en korkflyt, sier Sugiyama.
Bilene blir altså som partikler i et vann i faseovergang, og trafikken “fryser”.
Bilbane
For å teste teorien og sin egen matematiske modell, måtte forskerne se ekte biler i aksjon.
De brukte en rund bane med 230 meters omkrets, og plasserte 22 biler på veien.
Sjåførene ble bedt om å kjøre jevnt i 30 kilometer i timen rundt på banen. Dette er ganske høy fart sett i forhold til avstanden mellom bilene.
Sjåførene hadde fått beskjed om å holde trygg avstand til bilen foran, men samtidig forsøke å holde farten oppe.
Etter en liten stund oppstod små variasjoner i avstanden mellom bilene, og over tid ble variasjonene større.
Til slutt ble flyten rundt banen brutt. Flere av bilene måtte stoppe helt opp i korte perioder.
Annonse
Forskerne observerte en klar “stopp og kjør”-bølge, som beveget seg motsatt av kjøreretningen.
Korkbølga opprettholdt sin fart og størrelse. Bilene inne i korkklynga stoppet opp helt, og bilene utenfor beveget seg fritt.
Bilen foran i klynga akselererte og kom seg fri, mens en ny bil nådde klynga bakfra.
Fysiske mekanismer
Når fysikere lager trafikkmodeller hvor bilene er partikler som bremser opp når de kommer nær den foran, har “trafikkstoffet” to typer tilstander; nemlig fri flyt og korkflyt.
Når trafikken flyter fritt, beveger alle kjøretøyene seg i nesten samme fart, med trygg avstand imellom. I korkflyt danner bilene klynger som beveger seg.
Den fysiske mekanismen bak korkdannelsen kan oppsummeres slik: Det eksisterer alltid små variasjoner i bevegelsen til bilene i en trafikkflyt. Dersom biltettheten er lav, vil ikke en liten nedbremsing påvirke bilen som ligger bak deg, og variasjonen forsvinner.
Dersom biltettheten derimot kommer over det kritiske nivået, vil ikke variasjonen forsvinne. Bilen bak deg blir nødt til å bremse også, og en kjedereaksjon er satt i gang.
Det er en liten tidsforskyvning mellom din bremsing og den til sjåføren bak. Dette forplanter seg og korken er et faktum.
Stille vann over kokepunktet
Hansen sammenligner det med vann som varmes opp i mikrobølgeovnen.
- Tenk deg at du setter en kopp med vann inn i mikrobølgeovnen. Hvis ovnen står rolig, kan vannet komme godt over 100 grader før det koker. Kommer det imidlertid et støvfnugg ned og forstyrrer vannet, da koker det veldig plutselig opp, sier han.
- Hvis ingen forstyrret hverandre hadde trafikken gått aldeles utmerket, sier Hansen.
Annonse
"Noen ganger har man veien nesten helt for seg selv."
Han mener det er enormt med penger, tid og miljø som kan spares ved å tilpasse veier og trafikk så risikoen for korkdannelse reduseres.
- Man kan sørge for de riktige fartsgrensene, revurdere hvordan kryss bygges, og grønne bølger kan gjøres på en annen måte. Det er en masse som kan gjøres, sier Hansen.
- Det går med veldig mye mye bensin og tid til kork, sier han.
Mangler forskningsmiljø
Men i Norge finnes det ikke noe skikkelig forskningsmiljø som jobber med dette.
- Feltet er for nytt, og vi er ikke mange nok. Men dette er et veldig levende felt i utlandet, spesielt i Tyskland, forklarer Hansen.
For eksempel er det beregnet at den optimale fartsgrensen på motorveiene i Tyskland er på 80 kilometer i timen.
- Men det er jo politisk umulig, sier Hansen.
I den tyske delstaten Nordrhein-Westfalen er det dessuten utviklet en egen trafikkmelding som beregner hvordan trafikken på motorveien vil flyte opp til en time frem i tid, i tillegg til en langtidsprognose som går en uke fremover.
"Dette er et bilde av trafikken på motorveiene rundt Düsseldorf 16:15 lokal tid, torsdag 13. mars 2008."
Du kan selv gå inn på nettsida og se den tyske trafikkmeldinga her.
- Her er det matematiske modeller som kjører i bakgrunnen hele tida, forklarer Hansen.
- Blir bare verre og verre
Kanskje kan slike trafikkmeldinger bidra til at enkelte venter litt med å kaste seg ut i trafikken. Er det mange biler på veien, kan selv den minste nedbremsing virkelig utarte seg.
- Rundt Paris kan du for eksempel risikere å bli stående i trafikken hele dagen. Tettheten blir for høy og systemet blir veldig sensitivt for den minste forstyrrelse.
- Hvis du har 100 biler i kø og én beveger seg, tar det dessuten 0,5 sekund før den neste bilen kommer i gang igjen. Systemet er såkalt negativt stabilt. Det blir bare verre og verre, sier Hansen.
Han sammenligner det med menneskemengder, for eksempel når publikum skal ut av stadion etter en fotballkamp.
- Når alle skal ut samtidig, blir det kork. Hvis alle beveger seg litt langsommere, går det lettere. Utålmodighet gjør bare at man kaster bort mer tid. I panikksituasjoner blir folk enda mer utålmodige, og det forverrer situasjonen, forklarer Hansen.
