Autos gedragen zich in file als stollende glasmoleculen

Wien Ee

Hoe ontstaan files op de weg? En waarom ontstaan deze zo plotseling en vaak zonder duidelijke reden of blokkade op de weg? Wetenschappers werpen een nieuw licht op dit onderwerp.

Afbeelding

Er zijn andere voorbeelden uit het dagelijks leven waarbij verstoppingen ontstaan op dezelfde manier als op de weg: zand dat in een zandloper vastloopt, erwten, knikkers of suiker wat blijft zitten in een potje. De lijst analogieën is lang, en bevat ook materialen die plotseling verstijven bij het inklinken (zoals cement), en vloeistoffen die vast worden bij het afkoelen (zoals glas). Voor een goed begrip van zulke verschijnselen is een diep begrip van complexe systemen nodig, waarbij het samenspel tussen de vele individuele onderdelen van het systeem belangrijk wordt. In de genoemde voorbeelden zorgen de interacties ervoor dat het hele systeem stilvalt. Hoewel het een algemeen voorkomend verschijnsel blijkt dat grotendeels onafhankelijk is van de details van de interacties, is het niet duidelijk hoe de diverse voorbeelden met elkaar in verband staan of hoe ze zo gevoelig worden dat ze plotseling compleet tot stilstand komen.

Aan de hand van computersimulaties van autoverkeer onderzochten de wetenschappers de doorstroom van verkeer bij toenemende auto-dichtheid, en met een toenemende waarschijnlijkheid dat chauffeurs overreageren door te remmen. Ze vergeleken het gedrag van de auto’s met het gedrag van de moleculen in een vloeistof die afkoelt en stolt tot een vaste stof. Hun resultaten zijn verrassend: zodra de doorstroming volledig tot stilstand is gekomen, gedragen de auto’s zich exact zoals de moleculen in een stollende vloeistof. Net vóór de volledige stilstand intreedt organiseert de steeds langzamer wordende beweging zich op een hiërarchische manier: het remmen van een auto beïnvloedt niet alleen de auto er direct achter, maar ook de auto’s daar weer achter – in feite zelfs alle auto’s erachter. Het effect van remmen (of versnellen) wordt steeds minder bij naarmate je verder weg kijkt, maar het is er altijd. Zulk gecorreleerd gedrag staat in de natuurkunde bekend om de plotselinge reacties die kunnen optreden bij kleine veranderingen in het systeem. Welbekende voorbeelden zijn de faseovergangen tussen gassen, vloeistoffen en vaste stoffen.

Wetenschappelijke publicatie:

A. S. de Wijn, D. M. Miedema, B. Nienhuis, P. Schall: Criticality in Dynamic Arrest: Correspondence between Glasses and Traffic

Lees meer:

NWO

Universiteit van Amsterdam

Bron:

NWO

Fred F.

Aangezien het gedrag van autos volledig bepaald wordt door het gedrag van de bestuurders, zou de conclusie van het onderzoek eigenlijk moeten zijn: autobestuurders gedragen zich als stollende glasmoleculen.

Als men ook soortgelijk onderzoek zou doen aan het gedrag van grote bewegende groepen mensen bij massabetogingen, carnaval, love parade, sportstadions, et cetera, zou de conclusie wel eens algemeen kunnen zijn: mensen gedragen zich als stollende glasmoleculen.

Marko

Dergelijk onderzoek is allang gedaan. In zijn algemeenheid kun je het gedrag van mensen in heel veel gevallen beschrijven door die mensen te beschrijven als deeltjes met bepaalde interacties. Daarmee wordt de beschrijving grotendeels gelijk aan de beschrijving van om het even welke deeltjes in welke omstandigheid.

In dat licht is het resultaat dat in dit artikel is gepubliceerd wel fascinerend, maar niet meer echt verrassend.

Wie geïnteresseerd is in dit soort fenomenen (in feite: het voorkomen van faseovergangen in allerlei situaties) kan ik een paar boeken aanraden:

Critical Mass van Phillip Ball

How Nature works: The science of self-organized criticality van Per Bak

Sync van Steven Strogatz

Benm

Het is een leuke vondst, maar kunnen we er ook iets mee om filevorming te verminderen?

Files zonder een duidelijke oorzaak vind ik altijd een verbazend fenomeen: opeens ontstaat een file terwijl het niet bijzonder druk is (wegcapaciteit voldoende voor het gemiddelde verkeer op max snelheid), en zonder dat er een oorzaak is als een aanrijding een eindje voor je. Die files lossen vaak ook als vanzelf weer op.

Mijn idee erbij is dat dit komt doordat mensen de neiging hebben te gaan reiden als 'treintjes': een hele kluit auto's op elkaar, met een onderlinge afstand die zodanig klein is dat je geneigd bent harder te remmen dan je voorganger zodra je remlichten ziet.. je kunt tenslotte niet nauwkeurig zien hoe hard je voorganger remt, en daardoor rem je altijd harder dan noodzakelijk is om aan aanrijding vermijden.

Sinds de wegverbredingen zie je dit iets minder, maar op wegen met 2x2 rijstroken zie je wel vaak zulke ophopingen van verkeer. Dat rijdt allemaal tegen de maximumsnelheid, maar als een bestuurder iets geks doet (bijv heel even op de rem tikken) dan vertraagd de hele kluit erachter.

Dat verkeer zich niet geleidelijk verspreid over de beschikbare ruimte op de weg zal diverse oorzaken hebben, al vermoed ik dat een belangrijke factor is dat een aantal mensen zich aan de maximumsnelheid houdt volgens de teller van hun auto, terwijl anderen zo'n beetje op de verbalisatiegrens rijden volgens hun gps. Bij 120 zit daar een behoorlijk stuk tussen: 120 op de teller is in de praktijk meestal ongeveer 110, terwijl 126 op de gps ook daadwerkelijk 126 is. Daardoor lopen de gps-rijders vast op de teller-rijders, die bijv een vrachtwagen inhalen en daarbij op hun teller starend de limiet niet overschrijden.

Fuzzwood

Klopt, merk ik altijd omdat ik rij als iemand die ervan houdt in het horizontale deel van de LJ potentiaal te rijden en niet in de put. Die put komt me in de vorm van 20 inhalende auto's altijd voorbij zetten en voor en na me regelmatig in de ankers gaan om niets.

Marko

Benm schreef: ↑ma 03 dec 2012, 02:13
Het is een leuke vondst, maar kunnen we er ook iets mee om filevorming te verminderen?

Files zonder een duidelijke oorzaak vind ik altijd een verbazend fenomeen: opeens ontstaat een file terwijl het niet bijzonder druk is (wegcapaciteit voldoende voor het gemiddelde verkeer op max snelheid), en zonder dat er een oorzaak is als een aanrijding een eindje voor je. Die files lossen vaak ook als vanzelf weer op.

De zogenaamde spookfiles. Ook dat verschijnsel is uitvoerig beschreven. Zie hier (en verdere links daarin) voor een Nederlandstalig onderzoek. Aan een oplossing wordt ook onderzoek gedaan, zie hier

Benm

Spookfiles, dat was het woord inderdaad

Overigens ook wel interessant: Er wordt aanbevolen 2 seconden afstand op je voorligger te houden. Bij 120 zou dat betekenen dat auto's pakweg 70 meter (!) uit elkaar moeten rijden, iets dat je in de praktijk nooit ziet, afgezien van tijdstippen waarop de weg vrijwel verlaten is (zeg tussen 22 en 5). Als je zo naar het verkeersbeeld kijkt als het behoorlijk druk is, maar er nog wel tegen de maximumsnelheid gereden wordt, is de afstand eerder een meter of 15.

Dat maakt het natuurlijk noodzakelijk om harder te remmen dan strict noodzakelijk is (iedere keer op 1 mm na op je voorligger klappen is niet prettig).

Op zich denk ik dat technologie hier wel aan kan helpen, via een soort cruise-control systeem zoals beschreven, dat meet hoe hard je voorligger vertraagd, en automatisch even hard vertraagd. Je moet er dan echter wel verdomd zeker van zijn dat je genoeg kunt vertragen. Bij droog weer en personenwagens voorzien van ABS kunnen die allemaal ongeveer even hard remmen, maar zodra het nat gaat worden hangt het alweer af van de conditie van de banden en dergelijke.

Wien Ee

Wat ik opmerkelijk vind als ik in zo'n file sta, is het moment dat er beweging komt. Ik kan weer gaan rijden, eerst langzaam, dan met meer snelheid, 30 kilometer per uur, dan 50, dan zelfs 90 kilometer per uur. Ik merk dat de auto voor mij al sneller rijdt, er is een gat ontstaan tussen ons. Mijn ervaring is dat als ik uit zo'n spookfile kom, snelheid maak, ik even later toch weer stil sta in een file. Ik twijfel daarom wat ik het beste kan doen op het moment dat ik uit de file kom. Eerste idee: geleidelijk aan versnellen tot zeg 90 kilometer per uur en dat een tijdlang blijven rijden, waarbij ik een gat laat ontstaan met mijn voorligger. Op het moment dat het verkeer zich verdicht en vertraagt, hoef ik niet zwaar in de ankers, verminder ik daardoor, denk ik, het risico dat er achter mij een file ontstaat. Of, tweede idee, zodra het mogelijk is, optrekken naar 130 kilometer per uur, de afstand tot mijn voorganger klein houden, zodat ik de automobilisten achter me de mogelijkheid geef zich zo snel mogelijk los te maken uit de file.

Mijn reactie is enigszins buiten het onderwerp. Maar toch. Hebben jullie ook de indruk dat spookfiles, er vaak twee achter elkaar zijn. Eerst sta je in een lange, daarna in een korte. Is zoiets uit onderzoek bekend? En wat kan je het beste doen als je uit een spookfile komt. Geeft het onderzoek daar antwoord op?

Benm

Of het onderzocht is weet ik niet, maar herkenbaar is zo'n 2e kortere file wel, soms zelfs wel eens een derde.

Wat het 'beste' is om te doen als zo'n file oplost vraag ik me ook af. Normaliter rijd ik gewoon achter mn voorganger aan waarbij het gat wat groeit met de snelheid. Ik heb niet het idee dat de file achter je sneller oplost als je zo hard mogelijk optrekt. Dat oplossen gaat natuurlijk niet met 1 auto tegelijk - je ziet een eind voor je dat het begint te rijden, en dan begin je vast een beetje te rollen als er nog wat ruimte is.

De oorzaak van de 2e file zou kunnen zitten in een her-sortering van het verkeer: in de file stonden langzame en snelle rijders door elkaar heen, maar zodra er weer gereden kan worden krijg je het 110 vs 126 effect waarbij die 126s allemaal moeten passeren, maar zo nu en dan gaat dat niet omdat een 110er een vrachtwagen inhaalt, en een 126er dan snelheid moet minderen om daarop te wachten. Dat geeft ongetwijfeld ook een klein schokgolfje naar achteren, waardoor het wellicht weer stil komt te staan.

Mijn vermoeden daarin wordt overigens gesterkt omdat je die spookfiles vooral aantreft op 2-baans snelwegen, en veel minder op die met 3 of meer rijbanen, ook al rijden daar evenveel auto's per strook, per uur, overheen.

Wetenschapsforum

Laatste berichten

Nieuwsberichten

Autos gedragen zich in file als stollende glasmoleculen

Auto

Re: Auto

Re: Auto

Re: Auto

Re: Auto

Re: Auto

Re: Auto

Re: Auto

Re: Auto