Un bote pop-pop es un juguete con una máquina de vapor muy simple sin partes móviles , que generalmente funciona con una vela o un quemador de aceite vegetal. El nombre proviene del ruido que hacen algunas versiones de los barcos. Otros nombres son bote putt-putt, bote loco, vapor flash, bote de aire caliente, bote con motor de agua pulsante. En todo el mundo pueden llamarse Can-Can-boot, Knatterboot, toc-toc, Puf-Puf boat, Poof Poof craft, Phut-Phut o Pouet-Pouet. [1]
Construcción
Los botes comerciales pop pop generalmente se han fabricado con hojalata . El casco del barco puede estar hecho de cualquier material que flote. Los botes pop pop hechos en casa a menudo están hechos de madera.
El motor del barco consta de una caldera y uno o más tubos de escape. Si bien se puede usar un solo tubo de escape, se usan con mucha más frecuencia dos tubos de escape. Esto se debe a que la caldera y los tubos de escape deben llenarse con agua, y el uso de dos tubos permite que se inyecte agua en un tubo mientras que el aire del interior del motor se escapa por el otro tubo. Es más difícil eliminar el aire y llenar completamente los tipos de tubo de escape único. La caldera y los tubos de escape suelen estar hechos de metal, siendo común el estaño o el cobre.
Los diseños de calderas varían. Son comunes los recipientes metálicos simples en forma de caja o cilindro. Se puede hacer una caldera más eficiente usando una olla de metal cuya parte superior es un diafragma ligeramente cóncavo hecho de un metal muy delgado y elástico. Muchos botes pop pop han utilizado un solo tubo de metal, que se forma en una bobina en su centro y se deja recto en ambos extremos para formar los escapes. La batería en esta versión funciona como caldera.
Un elemento calefactor de algún tipo se coloca debajo de la caldera. Se utilizan comúnmente velas o quemadores de aceite pequeños.
Historia
El crédito por el primer bote pop pop generalmente se le da a un francés llamado Thomas Piot. En 1891, Piot presentó una solicitud de patente en el Reino Unido para un bote pop pop simple que usaba una pequeña caldera y dos tubos de escape. [2] [3] Un artículo de 1975 de Basil Harley menciona un barco similar visto en una revista francesa de 1880, lo que indica que este tipo de juguete puede haber existido durante muchos años antes de la patente de Piot. [ cita requerida ]
En 1915, un estadounidense llamado Charles J. McHugh presentó una solicitud de patente para el tipo de motor de diafragma, que fue una mejora del diseño de Piot. [4] En 1920, William Purcell presentó una patente para el tipo de motor de tubo en espiral. [5] Este tipo de motor ha sido muy común a lo largo de los años en los botes pop pop caseros, debido a su simplicidad de construcción. El libro Cub Scout (publicado por Boy Scouts of America ) contenía un proyecto llamado "Jet Boat" durante muchos años. Este proyecto utilizó un tipo de motor de bobina basado en el diseño de Purcell que se colocó en un casco de madera. Muchos barcos comerciales pop pop también han utilizado este tipo de motor, debido a su bajo costo.
McHugh solicitó otra patente en 1926. Este fue nuevamente un diseño de motor de diafragma, refinado para que pudiera fabricarse comercialmente más fácilmente. [6] En 1934, Paul Jones presentó una patente para otro diseño de diafragma que podría producirse industrialmente a partir de piezas estampadas simples. [7]
Muchos botes de pop pop producidos en la década de 1920 tenían un solo tubo de escape. Los diseños que utilizan dos tubos de escape son más fáciles de llenar y han sido mucho más comunes a lo largo de los años.
Los botes pop pop fueron populares durante muchos años, especialmente en las décadas de 1940 y 1950. Los botes pop-pop disminuyeron en popularidad junto con otros juguetes de hojalata en la segunda mitad del siglo XX cuando los juguetes de plástico se apoderaron de gran parte del mercado. Si bien ya no se producen en cantidades tan grandes, se siguen produciendo botes de pop pop. Estos juguetes han venido en muchas variedades a lo largo de los años. Algunos han sido muy simples y económicos, mientras que otros han sido mucho más ornamentados y artísticos. Al igual que con muchos juguetes, los coleccionistas suelen buscar botes pop pop, y los precios pagados varían según la rareza y el diseño.
El barco del pop pop ocupó un lugar destacado en la película japonesa de fantasía animada Ponyo de 2008 . [8] Los barcos de juguete con un motor de tipo diafragma, como el que se muestra en la película, se produjeron y vendieron como una conexión cuando se estrenó la película. [9]
Principio de funcionamiento
Un bote pop pop funciona con un motor térmico muy simple. Este motor consta de una pequeña caldera, que está conectada a un tubo de escape. Cuando se aplica calor a la caldera, el agua de la caldera se evapora y produce vapor. El vapor en expansión se expulsa repentinamente de la caldera, haciendo un sonido de 'pop' y empuja parte del agua fuera del tubo de escape, impulsando el bote hacia adelante. La caldera ahora está seca y, por lo tanto, no puede generar más vapor. El impulso de la columna de agua en el tubo de escape lo mantiene moviéndose hacia afuera, de modo que la presión dentro de la caldera cae por debajo de la presión atmosférica. En el caso de un motor de tipo diafragma, la caldera también sobresale hacia adentro en este punto, también haciendo un sonido de estallido. La presión fuera de la caldera ahora hace que el agua regrese a la caldera. Esta agua luego hierve y el ciclo se repite. El ruido de estallido es más pronunciado cuando se utiliza una caldera de tipo diafragma: las calderas de tipo bobina son mucho más silenciosas.
Cualquier aire en la caldera puede actuar como un resorte y soportar la oscilación del agua, pero si entra demasiado aire en la caldera, la oscilación se detendrá porque toda el agua se ha desplazado y no se puede generar vapor. El agua contiene algo de aire disuelto, que puede acumularse en el motor durante el funcionamiento. Por lo tanto, los motores deben "expulsar" aire periódicamente para poder funcionar durante mucho tiempo. [10]
En los botes pop pop con dos tubos de escape, el agua se expulsa de ambos tubos durante la primera fase del ciclo y se extrae de ambos tubos durante la segunda fase del ciclo. El agua no circula por un tubo ni sale por el otro. El análogo de combustión interna del motor de bote pop pop es el chorro de pulso sin válvulas .
El funcionamiento del bote pop pop puede parecer sorprendente, ya que uno podría esperar que si el agua entra y sale a través del tubo de escape, el bote simplemente debería temblar de un lado a otro. Pero mientras que el agua expulsada se lleva consigo el impulso , que debe equilibrarse (según la tercera ley de Newton ) con un impulso opuesto por parte del barco, el agua aspirada impacta rápidamente en el tanque de la caldera y transfiere su impulso al barco. . La fuerza de reacción inicial en el barco (que lo empujaría hacia atrás) se cancela por lo tanto al empujar el agua cuando golpea el interior de la caldera. El resultado es que la entrada de agua no provoca una fuerza apreciable sobre el barco. [11]
Algunos autores han argumentado que la razón por la que funciona el bote pop pop es que el agua que sale por la parte trasera del bote forma un chorro estrecho, mientras que el agua que regresa en la segunda mitad del ciclo proviene de todas las direcciones. . [12] [13] Esta asimetría se puede ver también en la forma en que se apaga una vela: es fácil apagar una vela soplándola, ya que todo el aire expulsado se mueve en un chorro concentrado y direccional. . Sin embargo, es difícil apagar la llama aspirando aire, el aire que se aspira proviene de todas las direcciones. [14] Esta observación, aunque correcta, puede ser engañosa como explicación de por qué el bote pop pop avanza. La asimetría de las formas de la entrada y la salida es una consecuencia de la viscosidad del agua, mientras que el barco podría operar en un fluido ideal . [11] Además, a medida que pasan por los escapes, el agua que entra y que sale tienen el mismo impulso (en direcciones opuestas), en relación con el barco. La diferencia importante es que el impulso del flujo de salida se expulsa, mientras que el impulso del flujo de entrada pronto se transfiere al barco. [11] La asimetría de succión / soplado hace que el barco sea más eficiente, incluso si no es el principio sobre el que opera.
La física del funcionamiento del bote pop pop es muy similar a la del " aspersor Feynman " , un aspersor sumergido que se ve que gira débilmente o no gira en absoluto a medida que se succiona agua a través de él. En ambos casos, la fuerza de reacción sobre el dispositivo sólido causada por la succión del fluido se equilibra con el fluido que incide en el interior del dispositivo. [11] [15]
Ver también
Referencias
- ^ Basil Harley, Juguetería Steam , (Argus Books, 1978). ISBN 0-85242-583-X
- ^ Patente de Thomas Piot UK 20.081 Archivado el29 de noviembre de 2011en la Wayback Machine "Mejora en generadores de vapor" Fecha de emisión: 0ct. 15 de noviembre de 1892
- ^ Ed Sobey y Woody Sobey, "La forma en que funcionan los juguetes" (Chicago Review Press, 2008), p. 100. ISBN 1-55652-745-4
- ^ Charles J. McHugh Patente estadounidense 1.200.960 "Barco propulsado por energía", Fecha de emisión: 10 de octubre de 1916
- ^ Patente estadounidense 1.480.836 de WF Purcell"Dispositivo propulsor ", fecha de emisión: 15 de enero de 1924
- ^ Charles J. McHugh patente estadounidense 1.596.934 "Barco propulsado por energía", fecha de emisión: 24 de agosto de 1926
- ^ Patente estadounidense de Paul Jones 1.993.670 "Barco Tot", fecha de emisión: 5 de marzo de 1935
- ^ "Un avistamiento sorpresa" de las páginas Pop-Pop, por Vance Bass
- ↑ Ponyo on the Cliff by the Sea Barco Ponpon de Sousuke , de Hobby Search.
- ^ Bindon, Jeff (6 de febrero de 2004). "El funcionamiento secreto de un motor pop-pop transparente" (PDF) . Ingeniero de modelos . Archivado desde el original (PDF) el 4 de marzo de 2016.
- ^ a b c d Alejandro Jenkins (2011). "Cabezal de aspersor revisitado: impulso, fuerzas y flujos en la propulsión machiana". Revista europea de física . 32 (5): 1213-1226. arXiv : 0908.3190 . Código Bibliográfico : 2011EJPh ... 32.1213J . doi : 10.1088 / 0143-0807 / 32/5/009 .
- ^ Neil A. Downie, Sándwiches de tinta, gusanos eléctricos y otros 37 experimentos para la ciencia del sábado , (Johns Hopkins University Press, 2003), p. 74 ISBN 0-8018-7410-6
- ^ Jearl Walker , El circo volador de la física , (Wiley, 2006), págs. 199-200 ISBN 0-471-76273-3
- ^ Eb Sobey y Woody Sobey, The Way Toys Work , (Chicago Review Press, 2008), págs. 101-102. ISBN 1-55652-745-4
- ^ Alejandro Jenkins (2004). "Un tratamiento elemental del aspersor inverso". Revista estadounidense de física . 72 (10): 1276-1282. arXiv : física / 0312087 . Código Bibliográfico : 2004AmJPh..72.1276J . doi : 10.1119 / 1.1761063 .
enlaces externos
- Las páginas de Pop Pop, incluidas amplias referencias y proveedores
- Descripción de 4Physics.com
- Información del bote pop pop, incluido el historial y las instrucciones de funcionamiento