Un barco pop-pop (también conocido como vapor flash , barco de aire caliente o toc-toc en honor a una versión alemana de la década de 1920 [1] ) es un juguete con una simple máquina de vapor sin partes móviles , generalmente impulsado por un quemador de vela o aceite vegetal. El nombre proviene del ruido que hacen algunas versiones de los barcos.
Patentado inicialmente en 1891, el concepto ha sufrido una serie de cambios y patentes posteriores.
El motor consta de una caldera y uno o más tubos de escape, en los que se establece una oscilación del agua en los tubos para expulsar agua por los tubos de escape en pulsos para propulsar el barco.
El crédito por el primer barco pop pop generalmente se le atribuye a un francés llamado Thomas Piot. En 1891, Piot presentó una solicitud de patente en el Reino Unido para un sencillo barco pop pop que utilizaba 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 necesaria ]
En 1915, un estadounidense llamado Charles J. McHugh presentó una solicitud de patente para el motor de diafragma, que suponía una mejora del diseño de Piot. [4] En 1920, William Purcell presentó una patente para el tipo de motor de tubo enrollado. [5] Este tipo de motor ha sido común a lo largo de los años en los barcos pop pop caseros, debido a su simplicidad de construcción. El libro Cub Scout (publicado por Boy Scouts of America ) contenía durante muchos años un proyecto llamado "Jet Boat". 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 pop pop comerciales también han utilizado este tipo de motor, debido a su bajo coste.
McHugh solicitó otra patente en 1926. Se trataba nuevamente de 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 barcos 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 barcos pop pop fueron populares durante muchos años, especialmente en las décadas de 1940 y 1950. Los barcos pop pop perdieron 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 barcos pop pop. Estos juguetes han aparecido en muchas variedades a lo largo de los años. Algunos han sido simples y económicos, mientras que otros han sido mucho más ornamentados y artísticos. Como ocurre con muchos juguetes, los coleccionistas suelen buscar barcos pop pop y los precios pagados varían según la rareza y el diseño.
Un barco pop pop funciona con un simple motor térmico. Este motor, a veces denominado motor de agua pulsante , [1] consta de una caldera y uno o más tubos de escape. Debajo de la caldera se coloca algún tipo de elemento calefactor. Se suelen utilizar velas o pequeños quemadores de aceite. Si bien se puede usar un solo tubo de escape, es mucho más común usar 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 inyectar agua en un tubo mientras que el aire dentro del motor escapa por el otro tubo. La caldera y los tubos de escape suelen estar hechos de metal, siendo común el estaño o el cobre.
Cuando se aplica calor a la caldera, el agua de la caldera se evapora y produce vapor. El vapor en expansión sale repentinamente de la caldera, [ dudoso – discutir ] haciendo un sonido de "pop" y empuja parte del agua fuera del tubo de escape, impulsando el barco 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 la 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 se hincha hacia adentro en este punto, produciendo también un sonido de estallido. La presión fuera de la caldera ahora obliga al agua a regresar a la caldera. [ dudoso – discutir ] Esta agua luego hierve y el ciclo se repite. [ dudoso - discutir ] El ruido de estallido es más pronunciado cuando se utiliza una caldera de tipo diafragma: las calderas de tipo serpentín 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 detiene porque toda el agua ha sido desplazada 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. [8]
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 aspira por ambos tubos durante la segunda fase del ciclo. El agua no circula por un tubo y sale por el otro. El análogo de combustión interna del motor de barco pop pop es el chorro de pulso sin válvulas .
Los barcos pop pop comerciales generalmente se fabrican con hojalata . El casco de la embarcación podrá estar fabricado de cualquier material que flote. Los barcos pop pop caseros suelen estar hechos de madera.
Los diseños de calderas varían. Son comunes los recipientes metálicos simples con forma de caja o cilindro. Se puede hacer una caldera más eficiente utilizando una cubeta de metal cuya parte superior sea un diafragma ligeramente cóncavo hecho de un metal delgado y elástico. Muchos barcos pop pop han utilizado un solo tubo de metal, al que se le da forma de bobina en el centro y se deja recto en ambos extremos para formar los escapes. La batería en esta versión funciona como caldera.
El funcionamiento del bote pop pop puede parecer sorprendente, ya que uno podría esperar que si el agua entra y sale por el tubo de escape, el bote simplemente se sacudiera hacia adelante y hacia atrás. Pero mientras el agua expulsada se lleva consigo el impulso , que debe ser equilibrado (según la tercera ley de Newton ) por un impulso opuesto por parte del barco, el agua aspirada incide rápidamente en el tanque de la caldera y transfiere su impulso al barco. . Por lo tanto, la fuerza de reacción inicial sobre el barco (que lo empujaría hacia atrás) se anula por el empuje del agua cuando golpea el interior de la caldera. El resultado es que la entrada de agua no provoca ninguna fuerza apreciable sobre el barco. [9]
Algunos autores han argumentado que la razón por la que el bote pop pop funciona es que el agua que se impulsa fuera de la parte trasera del bote forma un chorro estrecho, mientras que el agua que regresa en la segunda mitad del ciclo lo hace desde todas las direcciones. . [10] [11] Esta asimetría se puede observar también en la forma en que se apaga una vela: es fácil apagar una vela soplando sobre ella, ya que todo el aire expulsado se mueve en un chorro concentrado y direccional. . Sin embargo, es difícil apagar la llama aspirando aire, ya que el aire aspirado proviene de todas direcciones. [3] Esta observación, aunque correcta, puede ser engañosa como explicación de por qué el barco pop pop avanza. La asimetría de las formas de entrada y salida es consecuencia de la viscosidad del agua, mientras que el barco sería capaz de operar en un fluido ideal . [9] Además, a medida que pasan a través de los escapes, el agua que entra y sale lleva 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. [9] La asimetría de succión/soplado hace que el barco sea más eficiente, incluso si no es el principio según el cual opera.
La física del funcionamiento del barco pop pop es similar a la del aspersor Feynman , un aspersor sumergido que se ve girar débilmente o no girar en absoluto a medida que se aspira agua a través de él. En ambos casos, la fuerza de reacción provocada por la aspiración del líquido sobre el dispositivo sólido se equilibra mediante el impacto del líquido en el interior del dispositivo. [9] [12]
El barco pop pop ocupó un lugar destacado en la película de fantasía animada japonesa de 2008, Ponyo . [13] Barcos de juguete con un motor de tipo diafragma, como el que se muestra en la película, se produjeron y vendieron como un vínculo cuando se estrenó la película. [14]
