¿Por qué se nos taponan los oídos cuando un tren entra en un túnel?

Sé que ya lo he dicho mil veces y al final siempre me sale algún imprevisto que me lo impide, pero esta vez sí: a partir de ahora voy a intentar publicar entradas «clásicas» del Ciencia de Sofá con más frecuencia. De hecho, me he propuesto colgar un artículo el primer y el tercer domingo de cada mes.

Ya, bueno, a ver cuánto te dura.

Menos chascarrillos, voz cursiva, que lo hago precisamente porque la gente te echa de menos y no te puedo incluir en los dos artículos de ciencia semanales que escribo para La Razón.

Ahora que lo dices… No me desagradaría ostentar el título de la «voz de la razón».

Ni pensarlo, no quiero ni imaginar cuánto se te subiría a la cabeza. Pero, bueno, vayamos al grano.

En enero estuve por Madrid y Barcelona promocionando mi nuevo libro y viajé entre las dos ciudades en AVE. Para los que no conocéis este medio de transporte, AVE son las siglas de Alta Velocidad Española y se trata unos trenes que alcanzan velocidades de 300 km/h. Sé que a muchos no os parecerá una experiencia digna de mención, pero sólo he ido en AVE 3 o 4 veces en mi vida porque vivo en una isla pequeña y durante el trayecto experimenté un fenómeno que me pareció muy curioso: cada vez que el tren entraba a toda castaña en un túnel, los oídos se me taponaban inmediatamente.

En su momento la experiencia me dejó un poco descolocado porque esto suele ser algo que notas cuando vas en avión y de una manera mucho menos brusca. Pero, en realidad, la causa de este incómodo fenómeno auditivo es la misma en los dos casos: la disminución de la presión del aire que nos rodea.

Me explico.

En uno de los capítulos de mi nuevo libro hablo con detalle sobre lo que es el sonido y cómo lo percibimos, pero, en resumidas cuentas, lo que interpretamos como ruido no son más que sucesiones de frentes de alta y baja presión que se propagan por el aire. Por si esto os suena a chino, pero no sois chinos, un frente de alta presión es un volumen de gas en el que las moléculas se encuentran más cerca unas de otras porque están sometidas a una mayor fuerza compresiva. Y, por supuesto, las moléculas están más separadas en una región de presión baja.

El caso es que estas secuencias de perturbaciones (lo que llamamos ondas de sonido) son capaces de propagarse a través del aire que contienen nuestros canales auditivos y, cuando llegan al final, los frentes de presión alta empujan el tímpano hacia adentro y lo deforman en dirección a nuestro cerebro. Pero, claro, el frente de baja presión que alcanza el tímpano justo después permite que esta membrana vuelva a su posición original… Y, entonces, el siguiente frente de alta presión lo vuelve a empujar hacia dentro. De esta manera, las variaciones de la presión del aire producen un movimiento oscilatorio en el tímpano que nuestro cerebro interpreta como sonido.

He mencionado el ejemplo del sonido porque la presión del aire y su efecto sobre el tímpano son conceptos cruciales para entender el tema que nos ocupa hoy. En este caso, si la presión del aire que contienen las cavidades de nuestro cráneo es mayor que la presión de la atmósfera que nos rodea, ese aire interno empujará el tímpano hacia afuera y lo mantendrá «hinchado», impidiendo que vibre correctamente. Este abombamiento del tímpano es lo que nos da la sensación de «tener los oídos taponados».

Teniendo esto en cuenta, es fácil entender por qué se nos taponan los oídos en un avión: en cuanto la aeronave despega, la presión atmosférica de nuestro entorno disminuye medida que ganamos altura, pero el aire que hay dentro de nuestras cabezas sigue encontrándose a la presión más alta que había a la altitud menor del lugar del despegue. Esta diferencia de presión que aparece con la altura permite que el aire presurizado que hay dentro del cráneo empuje los tímpanos hacia afuera y produzca la sensación de taponamiento.

Vale, estupendo… ¿Y qué tienen que ver los aviones con el tema de hoy? Que yo sepa, esos trenes no se llaman AVE porque levanten el vuelo durante el trayecto.

Buena pregunta. Hemos visto que los oídos se taponan cuando existe una diferencia de presión entre el interior de nuestra cabeza y el exterior. Pero esas diferencias de presión no sólo se aparecen con la altitud.

Si un tren está en movimiento al aire libre, las moléculas de gas de la atmósfera se deslizan por su superficie frontal de manera más o menos suave y ordenada. El paso de los vagones a través de esa región donde el aire ha sido perturbado produce a su alrededor una corriente que se vuelve cada vez más turbulenta hasta que, en la parte trasera, se forman vórtices más caóticos.

Ahora bien, las cosas cambian cuando un tren entra en un túnel porque el aire que lo rodea tiene un espacio muy limitado para moverse y ya no se puede apartar de su camino con la misma facilidad. Como resultado, las moléculas de gas se empiezan a apilar y comprimir sobre la superficie frontal del tren, formando una región de alta presión. Al mismo tiempo, como el aire no tiene libertad para circular alrededor de los vagones y hacia la parte trasera del vehículo, a lo largo del tren aparecen zonas donde la cantidad de moléculas de aire disminuye…Y, por tanto, la presión baja.

Gráfico adaptado de este estudio.

Y ese es el detalle importante: los vagones del AVE no están sellados herméticamente, así que la disminución de la presión exterior succiona parte del aire del vagón rápidamente y la presión en su interior baja de golpe. En cuando esto ocurre, la presión del aire que hay dentro las cavidades craneales de los pasajeros pasa a ser más alta que la de su entorno, el gas presurizado empuja sus tímpanos hacia afuera… Y los oídos se taponan.

Para terminar, he podido encontrar un curioso documento dedicado a los efectos aerodinámicos de los trenes sobre sus pasajeros en el que aparecen algunas cifras comparativas. Para que os hagáis una idea de la magnitud de este fenómeno, la presión del aire en la cabina de un avión pasa de los 100.000 Pascales (Pa) ambientales al nivel del mar hasta entre 70.000 y 80.000 Pa durante el ascenso, lo que representa una disminución de 20.000 o 30.000 Pa a lo largo de unos 20 o 30 minutos. La diferencia de presión que se experimenta en el interior de un tren cuando entra en un túnel es de sólo unos 3.400 Pa pero, como es un cambio mucho más brusco, es muchísimo más molesto.

Por supuesto, la magnitud exacta del cambio de presión dependerá de la velocidad del tren, de su geometría y del diámetro del túnel. En cualquier caso, la gente que se dedica a diseñar túneles tiene este fenómeno en mente antes de que se construyan y los planifican de manera que los trenes que entran en ellos no puedan generar cambios de presión en su entorno superiores a los 10.000 Pa, que es el límite considerado seguro para no producir lesiones en los tímpanos.