I  A Curiosidade do Dia

O estrondo na saída do túnel

O problema que caiu na mesa de Eiji Nakatsu já tinha quase 20 anos. Ele apareceu com força em 1975, quando a linha Sanyo chegou a Hakata, na ilha de Kyushu.

O trecho novo cruzava as montanhas de Chugoku por túneis longos. Um deles, o Shin-Kanmon, passa por baixo do estreito que separa a ilha de Honshu da ilha de Kyushu.

O mecanismo do estrondo começa na entrada do túnel. Quando o nariz do trem bate no ar parado do túnel, comprime uma fatia de ar à frente dele, e essa fatia vira uma onda de pressão.

A onda viaja pelo tubo na velocidade do som, bem mais rápida que qualquer trem. A cada metro, a frente dela fica mais íngreme, como uma marola que cresce até virar parede.

Na boca de saída, uma parte da onda escapa para fora num pulso curto, a onda de micropressão (um golpe rápido de ar comprimido). O ouvido percebe o pulso como explosão, e as janelas das casas próximas vibram junto.

O tipo de trilho piorava o quadro. Nos túneis longos do Shinkansen, os trilhos assentam sobre laje de concreto, sem brita. A brita absorve parte da onda; o concreto liso deixa a onda passar inteira e cada vez mais afiada.

A velocidade pesa mais que tudo. Um trem que entra mais rápido comprime o ar com mais força e em menos tempo, e o pulso na outra ponta cresce muito além do ganho de velocidade.

A ferrovia tentou remédios na própria obra. Na entrada de vários túneis, construiu capuzes de concreto com aberturas laterais, uma espécie de antessala que deixa parte do ar escapar enquanto o trem ainda chega ao tubo principal.

Os capuzes funcionavam, mas custavam caro e precisavam ser erguidos túnel por túnel, numa linha cheia deles.

Em 1992, a JR West testou um trem experimental, o WIN350, que passou dos 350 km/h nos ensaios. O teste provou que motor e trilho aguentavam a velocidade. O ar dentro dos túneis continuava sendo o limite.

A conclusão dos técnicos foi direta: a forma do nariz decide o tamanho da onda. Um nariz curto e rombudo empurra o ar como uma parede. Um nariz longo, cuja seção engrossa devagar, dá tempo ao ar de escorrer para os lados.

Faltava descobrir qual desenho de nariz fazia o melhor serviço, e Nakatsu foi buscar a resposta fora da engenharia.

II  A História Por Trás

Um engenheiro de binóculo

Eiji Nakatsu entrou na história do trem pelo lado das aves. Na Sociedade de Aves Selvagens do Japão, ele assistiu a uma palestra de um engenheiro de aviação sobre o voo da coruja, a ave que caça quase sem fazer som.

A coruja resolveu o primeiro problema dele, que não era o túnel. O pantógrafo (a haste no teto que puxa energia do fio elétrico) assobiava em alta velocidade e estourava o limite de barulho ao longo da linha.

As penas da coruja têm pequenos dentes na borda, que quebram o ar em redemoinhos miúdos e silenciosos. Nakatsu levou a ideia para o pantógrafo da série 500, com recortes serrilhados na peça que enfrenta o vento.

A base do pantógrafo ganhou outra inspiração: o corpo do pinguim-de-adélia, liso e gordo no meio, que escorrega na água com pouco arrasto. A carenagem da haste copiou esse perfil.

O nariz veio depois, com uma observação de um colega de equipe. Ao entrar no túnel, disse ele, o trem parecia bater numa parede.

Nakatsu pensou no martim-pescador. A ave sai do ar e entra na água, umas 800 vezes mais densa, e mesmo assim afunda quase sem espirrar. Para quem observa da margem, o mergulho é limpo.

O trem-bala enfrentava a mesma passagem ao contrário: de um ar aberto para um ar espremido dentro do tubo. Se o bico vencia a mudança brusca de meio, o desenho dele servia de molde.

A equipe testou a hipótese com simulações em computador e com modelos de trem disparados dentro de tubos que imitavam um túnel. Sensores na saída mediam a força do pulso em cada formato de nariz.

O formato que deu o menor pulso tinha seção quase circular e crescia de forma gradual por 15 metros, muito parecido com o bico da ave. O resultado entrou direto na série 500.

O método tem nome: biomimética (copiar soluções que a natureza já testou). Nakatsu passou os anos seguintes contando o caso em palestras no Japão e fora dele, sempre começando pelo binóculo.

O ganho foi além do silêncio na boca dos túneis. Com menos ar empurrado, o trem corria mais com menos energia, e a linha Sanyo pôde rodar a 300 km/h sem novas obras na boca dos túneis.

III  Pra Contar na Mesa

O trem que ainda roda

A série 500 saiu cara e estreita. Foram fabricados só nove trens de 16 carros, com carroceria de alumínio em forma de cilindro para enfrentar o ar.

O cilindro cobrou espaço. A cabine ficou mais baixa nas pontas, e as poltronas da janela perderam altura sobre a cabeça. O nariz de 15 metros também tirou lugares do primeiro e do último carro.

A JR Central, dona da linha Tokaido, entre Tóquio e Osaka, preferia trens com mais assentos e portas sempre no mesmo ponto da plataforma. A série 500 deixou a Tokaido em 2010, depois de 13 anos fazendo a viagem entre as duas maiores cidades do país.

A JR West não aposentou o trem. Cortou as composições para oito carros e passou a usá-las no serviço Kodama, o que para em todas as estações da linha Sanyo.

Em 2015, um dos trens ganhou pintura roxa e verde do desenho animado Evangelion, que circulou por três anos. Desde 2018, outro trem da série roda pintado de rosa e branco, com a Hello Kitty.

Os sucessores herdaram a lição. A série N700, que roda nas duas linhas, tem nariz longo de perfil achatado, desenhado para o mesmo trabalho: empurrar o ar do túnel aos poucos.

O martim-pescador também virou exemplo nas escolas de engenharia, junto com a coruja e o pinguim do pantógrafo, como caso clássico de biomimética aplicada a transporte.

Para levar a história à mesa, três passos:

1. Comece pelo som: o trem-bala saía dos túneis com um estampido de canhão, por causa do ar comprimido.

2. Conte o observador de aves: Eiji Nakatsu, da JR West, copiou o bico do martim-pescador.

3. Termine no resultado: a série 500, de 1997, chegou a 300 km/h com um nariz de 15 metros e túneis em silêncio.

“Você sabia que o trem-bala japonês dos anos 1990 tem o nariz copiado do bico de um pássaro que mergulha sem espirrar água?”

A série 500 segue nos trilhos da linha Sanyo, mais curta e mais lenta do que nasceu, com o bico de 15 metros abrindo caminho na entrada de cada túnel.

Segundo o texto, onde e quando nasce o estrondo de túnel (tunnel boom) que incomodava os moradores perto da linha Sanyo?

Veja o ranking de quem mais acerta →

Como foi a edição de hoje?

Qual edição você quer ver amanhã?

Voto aberto até 19/10, 23h

Ciência Bizarra

Todo dia, 20:20. Um fenômeno verificado que desafia o senso comum, com a fonte na mesa. Espanto com paper, não com clique.

Quero receber →

missão de hoje