Los trenes del futuro rodarán sobre plumas de ganso

Los trenes podrían aumentar su velocidad de movimiento sin necesidad de aumentar la potencia de su motor gracias a la reducción del rozamiento que normalmente produce el contacto de sus ruedas con la superficie de los raíles, según un grupo de investigadores del The City College of New York, dirigidos por Sheldon Weinbaum, que publican su teoría en la Physical Review Letter.

El modelo de desplazamiento de los esquiadores y de los glóbulos rojos de nuestra sangre es el que ha servido a este equipo de ingenieros para idear un sorprendente método de desplazamiento sobre raíles: utilizar plumas de ganso para hacer un nuevo tipo de vías férreas.

Las fuerzas de rozamiento de los esquies sobre la nieve y las de los glóbulos rojos dentro de las venas tienen un punto en común: ambas son más débiles de lo que en teoría deberían ser. Este mismo fenómeno físico explica la fluidez del movimiento de dos elementos cuyas masas difieren notablemente: los esquiadores y los glóbulos rojos, lo que dio la clave a los científicos para encaminar sus investigaciones: ¿por qué no puede aplicarse a un tercer elemento de masa mucho mayor el mismo efecto?

Fuerzas ascendentes

Weinbaum y sus colegas partieron del hecho conocido de que cuando un esquiador se desliza, su peso comprime la nieve que se encuentra por debajo de los esquís. Una parte del aire contenida en la nieve es entonces comprimida, en un diámetro de aproximadamente un micrómetro, lo que provoca una fuerza vertical y ascendente sobre el esquí.

El resultado es que las fuerzas de rozamiento que tienden a ralentizar el movimiento de los esquiadores se reduce significativamente, lo que aumenta la velocidad. Esta fuerza de ascensión explica también que los glóbulos rojos se muevan deslizándose por el interior de los capilares: la red de las proteínas que tapizan el interior de los vasos sanguíneos es comprimida al paso de un glóbulo rojo, lo que atrapa el fluido que rodea a las proteínas provocando el mismo efecto ascendente.

El equipo de investigadores de Nueva York ha constatado que estos materiales porosos y blandos que se encuentran en las venas, o el de la nieve misma, producen unas fuerzas ascendentes que son un millón de veces más grandes de lo que se preveía teóricamente.

Aprovechamiento de los segundos

Para determinar si esas fuerzas serían suficientemente intensas como para soportar el peso de un tren, Weinbaum y sus colegas utilizaron un pistón cilíndrico lleno de nieve para reproducir las fuerzas dinámicas sufridas por un esquí en movimiento y midieron la fuerza ascendente creada cuando se comprimía la nieve ubicada dentro del cilindro.

Sus mediciones confirmaron que el aire presionado de la nieve puede fácilmente sostener el peso de un esquiador de unos 70 kilos. Durante del primer segundo y medio que dura la compresión de la nieve por el pistón, observaron una subida brusca de la presión ascendente. Acto seguido, esta presión se redujo prácticamente a cero en pocos segundos: la mayor parte del aire se escapó de la nieve, por lo que la presión ascendente desapareció.

Gracias a ese aire, durante unos instantes la nieve, muy ligera, puede soportar el peso de un esquiador en movimiento. Pero el efecto ascensor no perdura, el esquiador debe estar en movimiento lo suficientemente rápido como para que su esquí no quede sobre ese tramo de nieve que enseguida va a dejar escapar el aire contenido.

Conocimiento e imaginación

Partiendo de este estudio, los investigadores trataron de imaginar la vía férrea del futuro. Para ello se extrapolaron los resultados a un tren de alta velocidad de 50 toneladas de peso, en el caso de que el tren midiera 25 metros de largo y 2 de ancho.

Según los científicos, un material poroso con una permeabilidad de al menos 10-8 metros, como una pluma de ganso, podría utilizarse para facilitar el movimiento de un tren de ese tamaño. Y aunque resultaría muy caro utilizar pluma de ganso para vías de largo trayecto, existen fibras sintéticas que podrían tener las mismas características que las plumas naturales.

La posible vía estaría compuesta por dos particiones verticales que contendrían un material poroso. Al arrancar y en los momentos en que el tren no fuera los suficientemente rápido para forzar la ascensión producida por la compresión sobre el material poroso, el vehículo dispondría de unas ruedas retractables que rodarían sobre raíles tradicionales. A plena velocidad, en cambio, estas ruedas se recogerían para dejar que la parte central de los vagones se desplazara sobre el material poroso, como un esquiador sobre la nieve.

Según ha declarado Weinbaum a Physics Web, su tecnología permite generar fuerzas un millón de veces más potentes que lo que predice la teoría clásica.