La física del descarrilamiento

La experiencia cotidiana nos ha acostumbrado a girar levemente el volante cuando queremos conducir un vehículo por una curva. Lo que hacemos es algo que el lector habrá estudiado en el colegio bajo el nombre de Leyes de Newton. La Primera Ley nos dice que si no le hacemos nada a un cuerpo en movimiento, este tenderá a seguir con la misma velocidad. Al llegar a una curva, continuará en la dirección de la recta, saliéndose por la tangente, a no ser que encontremos un mecanismo capaz de cambiar la dirección del movimiento.

La Segunda Ley de Newton nos dice lo que podemos hacer: aplicar una fuerza dirigida hacia el centro de la curva que queramos seguir. Tendremos entonces lo que se denomina una fuerza centrípeta. ¿Ve usted la Luna en nuestro cielo? La gravedad terrestre le proporciona la fuerza centrípeta necesaria para que siga orbitando alrededor nuestro.

¿De dónde sacamos la fuerza centrípeta necesaria para girar un vehículo? En el caso de una carretera, hay dos mecanismos. El primero es el rozamiento entre las ruedas y el asfalto (que actúa salvo que el suelo esté mojado o helado, o que el neumático esté gastado); el segundo es el peralte, una leve inclinación de la carretera que nos “presta” parte del peso del propio coche para poder girar.

Combinando ambos mecanismos, o incluso tan solo con uno, nuestro vehículo podrá girar cómodamente, a condición de que circulemos a velocidad adecuada, ya que la Física nos indica la relación que debe existir entre la fuerza centrípeta, la masa del objeto, su velocidad, y el radio de giro de la curva: F=mv2/r. Las curvas de nuestras carreteras y ferrocarriles están diseñadas para circular con seguridad a una cierta velocidad. Si aumentamos la velocidad, comenzaremos a tener problemas.

Por motivos aún desconocidos, el Alvia de Santiago tomó una curva diseñada para una velocidad máxima de 80 km/h a más del doble de esa cantidad. El tren se vio sometido a una fuerza centrípeta varias veces superior a lo habitual, que en este caso estaba proporcionada casi totalmente por la interacción entre las ruedas y los raíles, y que fue suficiente para volcar el tren.

Si la fuerza centrípeta se hubiera producido a la misma altura que el centro de masa del tren, probablemente no habría descarrilado. Es lo que parece que sucedió con el primer elemento del tren, la cabeza tractora, cuyo centro de gravedad se encuentra muy bajo. Por desgracia, el segundo elemento del tren (el furgón generador diésel, instalado para proporcionar tracción en los tramos no electrificados) tenía su centro de masa más elevado. Esto se tradujo en un gran momento de fuerza que provocó el giro del furgón. Al girar y perder agarre contra los raíles, el furgón generador diésel se salió de la vía, arrastrando consigo el resto de los vagones. Es como intentar abrir una puerta: empuje usted a pocos centímetros de la bisagra y le costará abrirla, empuje en el picaporte, y se abrirá sin esfuerzo. El factor determinante fue el punto de aplicación de la fuerza.

En caso de haber contado con terreno llano, el tren quizá podría haber decelerado brusca pero lentamente, como un camión en una pista de arena; en su lugar, se estrelló contra la trinchera por la que transcurren las vías y se detuvo en pocos segundos. La combinación de factores fue la peor posible para la supervivencia de los pasajeros: una velocidad excesiva, un espacio insuficiente para frenar de forma segura, un conjunto de fuerzas excesivas para los frágiles cuerpos humanos.

Arturo Quirantes Sierra es profesor de Física de la Universidad de Granada.