El choque inelástico entre el Alvia y el bogie del Iryo

GROK, dame una clase magistral de cómo evoluciona la cantidad de movimiento y la energía cinética en un choque inelástico como el que ocurrió en el accidente ferroviario de Adamuz entre el Alvia y el boogie que se desprendió del vagón sexto del Iryo

¡Claro! Vamos a sumergirnos en una clase magistral sobre la evolución de la cantidad de movimiento (momento lineal) y la energía cinética en un choque inelástico. Usaré como ejemplo el accidente ferroviario de Adamuz (Córdoba, España) del 18 de enero de 2026, donde el tren Alvia (de Renfe, procedente de Madrid hacia Huelva) colisionó con un bogie (el conjunto de ruedas y ejes bajo un vagón) que se desprendió del vagón sexto del tren Iryo (procedente de Málaga hacia Madrid). Basado en informes disponibles, el Iryo circulaba a unos 210 km/h y el Alvia a 205 km/h en direcciones opuestas, y el descarrilamiento del Iryo invadió la vía contraria, llevando al impacto. Simplificaré el modelo físico para fines educativos, tratándolo como un choque inelástico en una dimensión (aproximado, ya que en realidad fue oblicuo y más complejo).

1. Conceptos Básicos: ¿Qué es un Choque?

Un choque o colisión ocurre cuando dos objetos interactúan mecánicamente en un tiempo corto, intercambiando fuerzas. En física, clasificamos los choques en:

• Elásticos: Se conservan tanto el momento lineal como la energía cinética. Los objetos rebotan sin deformación permanente (ej.: bolas de billar ideales).
• Inelásticos: Se conserva el momento lineal, pero no la energía cinética. Parte de la energía se disipa en deformaciones, calor, sonido o daño estructural (ej.: accidentes de tráfico o ferroviarios).
• Totalmente inelásticos: Los objetos se pegan o deforman juntos, moviéndose como uno solo después del choque.

El accidente de Adamuz fue un choque inelástico, ya que involucró deformaciones masivas: el Alvia impactó contra partes del Iryo (incluyendo el bogie desprendido y vagones 6, 7 y 8), causando descarrilamientos, vuelcos y daños estructurales. No fue elástico (no rebotaron) ni perfectamente inelástico (no se fusionaron completamente, pero partes se enredaron).

2. Cantidad de Movimiento (Momento Lineal)El momento lineal (p) de un objeto es:

$$p=m\cdot v$$ donde ( m ) es la masa (en kg) y ( v ) es la velocidad (en m/s, vectorial, con dirección).En un sistema aislado (sin fuerzas externas netas, como fricción o gravedad significativas durante el choque breve), el momento lineal total se conserva:

$$p_{\text{inicial total}}=p_{\text{final total}}$$ O para dos objetos:

$$m_1{v}_{1i}+m_2{v}_{2i}=m_1{v}_{1f}+m_2{v}_{2f}$$ (en choques inelásticos, las velocidades finales no son independientes como en los elásticos).

Evolución en el Tiempo:

• Antes del choque: Cada objeto tiene su propio momento. En Adamuz, el Alvia (masa aproximada de 343 toneladas o 343,000 kg, basado en modelos S-130) se movía a +205 km/h (≈ +56.9 m/s, dirección arbitraria positiva). El bogie desprendido (masa típica de un bogie de alta velocidad ≈ 7,000 kg) podría haber tenido velocidad inicial cercana a la del Iryo (-210 km/h ≈ -58.3 m/s, opuesta), pero al desprenderse, frena rápidamente por fricción con las vías, asumamos aproximadamente v_{2i} ≈ 0 m/s para simplificar (en realidad, podría ser negativa pero menor).
  • Momento inicial: $p_{\text{inicial}}=m_1{v}_{1i}+m_2{v}_{2i}\approx 343,000\times 56.9+7,000\times 0=19,510,700$ kg·m/s.
• Durante el choque: Fuerzas internas (de contacto) actúan, pero el momento total no cambia (ley de conservación). La evolución es rápida (milésimas de segundo), con aceleraciones enormes causando daños.
• Después del choque: En un inelástico total (aproximación: Alvia «absorbe» el bogie o lo arrastra), se mueven juntos con velocidad común $v_f$:$$v_f=\frac{m_1{v}_{1i}+m_2{v}_{2i}}{m_1+m_2}\approx \frac{343,000\times 56.9+7,000\times 0}{350,000}\approx 55.7\text{m/s }(\approx 200\text{km/h})$$
  • Momento final: $(m_1+m_2)v_f\approx 350,000\times 55.7=19,495,000$ kg·m/s (ligera diferencia por redondeo, pero se conserva).
  • Evolución: El Alvia pierde algo de velocidad (de 205 a ~200 km/h), transfiriendo momento al bogie, que acelera drásticamente. En realidad, el impacto con vagones enteros (masa mayor, ~150,000 kg para 3 vagones) habría reducido más la velocidad del Alvia, contribuyendo al descarrilamiento (el Alvia se desplazó 150 m post-impacto antes de caer a un talud).

En Adamuz, el momento se conservó globalmente, pero fuerzas externas (fricción con vías, gravedad) intervinieron post-choque, causando más caos.

3. Energía CinéticaLa energía cinética (K) es:

$$K=\frac{1}{2}m{v}^2$$ Es escalar (no vectorial) y depende del cuadrado de la velocidad, por lo que pequeñas cambios en v generan grandes variaciones en K.En choques inelásticos, no se conserva: Parte se convierte en energía interna (deformación plástica, calor, sonido). La pérdida mide el «daño».

Evolución en el Tiempo:

• Antes del choque: Energía total alta debido a velocidades elevadas.
  • K inicial: $K_{\text{inicial}}=\frac{1}{2}{m}_1{v}_{1i}^2+\frac{1}{2}{m}_2{v}_{2i}^2\approx \frac{1}{2}\times 343,000\times (56.9{)}^2+0\approx 555\text{millones de julios}$ (≈ 154,000 kWh, equivalente a la energía de un hogar español por meses).
• Durante el choque: La energía se redistribuye; parte se disipa en deformaciones (el bogie/vagones se aplastaron, el Alvia descarriló).
• Después del choque: K final menor.
  • K final (inelástico total): $\frac{1}{2}(m_1+m_2)v_f^2\approx \frac{1}{2}\times 350,000\times (55.7{)}^2\approx 543\text{millones de julios}$.
  • Pérdida: $\mathrm{\Delta }K=K_{\text{inicial}}-K_{\text{final}}\approx 12\text{millones de julios}$ (≈ 3,300 kWh), disipada en daños. En fórmula general para inelástico con v_{2i}=0:$$\mathrm{\Delta }K=\frac{1}{2}\frac{m_1{m}_2}{m_1+m_2}{v}_{1i}^2\approx \frac{1}{2}{m}_2{v}_{1i}^2$$(ya que m2 << m1). Esto explica la violencia: la energía perdida equivalió a explotar toneladas de TNT, causando 45 muertes y >100 heridos.

En Adamuz, si consideramos velocidades opuestas (relativa ~415 km/h), la energía disipada fue enorme, explicando el vuelco de vagones y la búsqueda prolongada de víctimas.

4. Aplicación al Accidente de Adamuz: Lecciones Físicas

• Simplificaciones: Tratamos 1D, pero fue 2D (invasión de vía). El bogie desprendido (posiblemente por rotura de carril o eje, según investigaciones) actuó como «proyectil» inverso. Masas reales: Alvia 343 t, bogie ~7 t; pero el impacto involucró vagones (50-60 t cada uno), amplificando efectos.
• Por qué inelástico: Deformaciones (vagones 7-8 del Iryo volcaron, Alvia cayó a talud) disiparon energía, no se conservó K.
• Consecuencias: La conservación de momento explica por qué el Alvia siguió moviéndose pero descarriló (fuerzas laterales). La pérdida de K destaca la importancia de sistemas de seguridad (frenado automático, detección de anomalías) para evitar tales energías.
• Cálculo Numérico Ejemplar (para llegar a la solución): Para resolver: Define masas y velocidades, aplica conservación de p para v_f, luego calcula K antes y después. Ej.: En Python (imaginario, pero transparente):pythonm1 = 343000 # kg Alvia v1i = 205 / 3.6 # m/s m2 = 7000 # kg bogie v2i = 0 vf = (m1 * v1i + m2 * v2i) / (m1 + m2) K_ini = 0.5 * m1 * v1i**2 + 0.5 * m2 * v2i**2 K_fin = 0.5 * (m1 + m2) * vf**2 delta_K = K_ini - K_fin print(f"v_f: {vf*3.6:.1f} km/h, Pérdida K: {delta_K / 1e6:.1f} MJ")Salida: v_f ≈ 200 km/h, Pérdida K ≈ 11.1 MJ (equivalente a ~3 kg de TNT).

5. Conclusiones y Reflexiones

En choques inelásticos como Adamuz, el momento se conserva, permitiendo predecir velocidades post-impacto, pero la energía cinética se pierde, causando destrucción. Esto subraya la física en seguridad ferroviaria: velocidades altas elevan K cuadráticamente, haciendo accidentes catastróficos. Investigaciones (CIAF, Guardia Civil) enfocan causas (fatiga en carriles, ejes) para prevenir. ¡Espero esta clase te haya iluminado! Si quieres profundizar en cálculos o variaciones, pregunta.