Ciencia secreta detrás del tren más rápido jamás construido

¡Hola, genialoco! ¿Quieres viajar en el tren más rápido del mundo? Bueno, estás en la estación, esperándolo. De repente, sopla una fuerte ráfaga de viento y los sombreros de las personas vuelan por los aires. Esta ráfaga fue causada por el tren más rápido del mundo, que acaba de pasar por tu estación a 603 km/h. Sin hacer ningún sonido. ¿Qué es este milagro? Es el tren SCMaglev, desarrollado por la empresa Japan Railways. Ha establecido un nuevo récord mundial de velocidad y conectará las ciudades más grandes de Japón: Tokio, Nagoya y Osaka. El recorrido completo durará 67 minutos. Eso quiere decir que este tren podría hacer el viaje de Nueva York a Washington, DC en solo 1 hora. Eso es más rápido que ir en avión. Y, al mismo tiempo, el tren no generaría ruido ni contaminaría la atmósfera. Después de todo, ni siquiera tiene un motor. Y no hace que las ruedas golpeen contra los rieles porque el tren levita en el aire y no toca el suelo. ¡Ni siquiera hay rieles!

¿Quieres saber cómo funciona? ¡Déjame contarte! Echemos un vistazo debajo de la piel del tren. Todo lo que este usa para moverse son imanes. O, mejor dicho, imanes superconductores. Estos óvalos son nuestros superimanes. Entonces, ¿qué tienen de especial? Si pasas una corriente eléctrica a través de ellos, crean un fuerte campo magnético a su alrededor. Puedes verlo en estas líneas. Y cuanto más fuerte sea la corriente, tanto más grande y poderoso es este campo magnético. Pero la corriente eléctrica calienta gradualmente el imán y su eficiencia disminuye. El campo magnético también se debilita. Debido a la alta temperatura, el imán crea más resistencia a la corriente. Un cargador de teléfono normal funciona de la misma manera. El cable puede calentarse cuando carga tu teléfono porque crea una ligera resistencia a la corriente eléctrica, como nuestros electroimanes en el tren. La solución obvia es enfriar el imán para convertirlo en un superconductor.

Podemos hacer esto si alcanzamos una temperatura de −264 °C. Es casi como la temperatura del espacio exterior. A esa temperatura, el material del imán deja de resistir la corriente eléctrica por completo. Por eso se llama superconductor. La principal ventaja de esto es que no necesitamos suministrar corriente eléctrica al imán todo el tiempo. Solo necesitamos cargar el imán una vez. Entonces, la corriente circulará dentro de él indefinidamente y el campo magnético será sólido. Pero ¿cómo alcanzamos esta temperatura superbaja? Para enfriar el electroimán, necesitamos un tanque de helio líquido. Esta sustancia helada circula en la caja alrededor del imán y lo enfría. Mientras lo hace, el helio se evapora y va a una especie de refrigerador. Allí, se enfría nuevamente y se comprime a su estado original. Y el helio líquido se devuelve al tanque al final del ciclo.

Pero ni siquiera eso es suficiente para mantener el imán en un estado superconductor. Así que los ingenieros agregaron otro escudo térmico. Es una especie de caja en la que circula nitrógeno líquido. Pasa por el mismo ciclo que el helio líquido. Tales bloques de cuatro imanes superconductores y unidades de refrigeración se instalan a lo largo de todo el tren a ambos lados. Y estos imanes son solo la mitad de la fuerza que hace que el tren se mueva. La otra mitad está oculta en las guías. Entonces, ¿qué hay dentro?

Se montan electroimanes similares en forma de O a los lados de la guía. Su polaridad alterna entre norte, sur, norte, sur, y sigue así. Al igual que la polaridad de los imanes dentro del tren. Ahora pongamos nuestros trenes en la vía. Puedes ver que los imanes dentro del tren y la guía están al mismo nivel. Entonces, ¿cómo hacemos que un tren se mueva sin que tenga un motor? Sabemos que los polos opuestos de los imanes, norte y sur, se atraen, y las cargas coincidentes, como el norte y el norte, se repelen. Estas flechas muestran las fuerzas de atracción y repulsión de los imanes. Y todas las fuerzas aquí están dirigidas en diagonal. La fuerza resultante aquí se dirige hacia adelante y el tren comienza a moverse un poco hacia adelante.

Ahora el tren tiene que invertir la polaridad de sus imanes. Esto se hace cambiando la dirección de la corriente eléctrica dentro de los imanes. Nuevamente, existen esas fuerzas de atracción y repulsión entre el tren y la vía. El tren sigue su marcha. El conductor puede ajustar la velocidad cambiando la polaridad de los imanes. Cuanto más cambie el norte por el sur, más rápido irá el tren. Pero ¿por qué este no cae al suelo? Es lo más emocionante de este tren: la levitación. Mucha gente piensa que el tren no toca el suelo porque la parte inferior del tren es un imán gigante. Al mismo tiempo, la guía es un gran imán de la misma polaridad. Los imanes se repelen y el tren levita. Eso no es cierto. Los imanes a los lados de la guía hacen todo el trabajo. Son los mismos imanes en forma de O, solo que torcidos para que parezcan el número 8.

Imagina que el par de imanes dentro de cada lado del tren es un imán gigante. El norte está a la izquierda y el sur está a la derecha. Cuelga precisamente en el medio del imán en forma de 8 cuando el tren se mueve. Pero la gravedad obliga al tren a bajar. Luego, el campo magnético del tren carga esta bobina en forma de 8. Ahora también se mueve una corriente eléctrica en ella. Como resultado, el lazo superior del imán tiene la carga sur, y el lazo inferior norte. Los imanes interactúan y la fuerza resultante se dirige hacia arriba. Y el tren se eleva. Lo mismo sucede cuando el tren sube. Los imanes en forma de 8 están cargados de modo que el bucle superior sea norte y el inferior sea sur. La fuerza resultante es hacia abajo y el tren desciende. Ocurre por sí solo, gracias a las leyes de la física, sin que el conductor tenga que hacer nada. Y el tren sigue su marcha, flotando sobre la guía a una altura de unos 10 cm. Eso es como la altura de un tubo de pasta de dientes.

Entonces, ¿el tren solo puede levitar cuando se mueve? ¡Exactamente! Eso no significa que simplemente se caiga al suelo cuando llegue a la estación. Maglev también tiene ruedas regulares para eso. El tren se para sobre las ruedas en la estación y luego aumenta la velocidad sobre ellas. Las ruedas se retraen como el tren de aterrizaje de un avión cuando alcanza unos 150 km/h. Y el conductor solo las baja cuando necesita detenerse en la estación nuevamente. Pero si no tiene ruedas, no puede girar, ¿verdad? Bueno, sí. Pero gira y maniobra usando la guía. Está hecho por estas bobinas idénticas en forma de 8 que hemos visto antes. Están conectadas entre sí debajo de la superficie de la guía. Cuando el tren se desplaza hacia la derecha, sus imanes cargan las bobinas. Pero debido a que los imanes del tren están más hacia la bobina derecha, están más cargadas y el campo magnético es mucho más fuerte allí. Crea una fuerza que empuja el tren hacia el centro de la vía. Lo mismo sucede si el tren se mueve hacia la izquierda. La bobina se carga y el campo magnético empuja el tren hacia el centro.

Din, din, suena la campana y el Maglev sale de la estación de Tokio. Acelera a la velocidad a la que el campo magnético le permite levitar. Y el conductor quita las ruedas y aumenta la velocidad. El tren invierte la polaridad de los imanes en una fracción de segundo y acelera. En una hora, el tren llega a su destino. El conductor reduce la velocidad de la máquina y el campo magnético se vuelve más débil. Es hora de dejar salir las ruedas. El tren aterriza y comienza a reducir la velocidad.

Una tecnología tan avanzada debe tener muchos problemas, ¿verdad? Bueno, sí. El primero es el tamaño. El Maglev es mucho más pequeño y puede transportar menos pasajeros. Además, los rieles comunes pueden cambiar de dirección para un tren en un par de segundos. Pero cambiar las direcciones de una guía para un Maglev requeriría una tecnología más costosa y más lenta. Entonces, en el mismo tramo de vía, los trenes de alta velocidad sobre rieles pueden circular cada 3 minutos, en comparación con los 10 de Maglev. Otro problema es la aerodinámica. Cuanto más rápido va el tren, más difícil es atravesar el aire. A 310 km/h, el Maglev y otros trenes ultrarrápidos usan aproximadamente la misma cantidad de energía. Pero a velocidades superiores a 500 km/h por hora, el Maglev consumirá 4 veces más electricidad. Dado el reducido número de pasajeros del tren, los billetes serán mucho más caros que los de los trenes convencionales.

Además, el Maglev no puede funcionar sobre rieles tradicionales, y los ingenieros deberán construir una ruta de guía completamente nueva. Y tendrán que perforar muchos túneles, lo que encarecerá aún más el proyecto. Entonces, ¿por qué Japón necesitaría una solución tan costosa y poco práctica? Por varias razones: la primera es la actividad sísmica. Japón es el sitio de muchos terremotos. Y los rieles tradicionales a menudo se dañan. Un terremoto puede destruir toda la infraestructura en solo un par de minutos. Las vías guía de Maglev se colocarán más lejos de la costa, en la llamada zona verde, donde los terremotos no amenazarán al tren ni a las vías guía. Y la razón principal: este tren de alta velocidad conectará tres ciudades densamente pobladas. El recorrido de uno a otro tomará 1 hora como máximo. Dará una gran oportunidad para el crecimiento económico general y podría generar mucho dinero en el futuro. Además, Japón está considerando vender este tren a otros países. Entonces, ¿te gustaría tener un tren así en tu país? Y si es así, ¿a dónde sería tu primer viaje? Deja las respuestas en los comentarios.