Поп-поп-лодка
Лодка поп-поп (также известная как пароход , лодка с горячим воздухом или ток-ток в честь немецкой версии 1920-х годов). [1] ) — игрушка с простым паровым двигателем без движущихся частей , обычно работающим от свечи или горелки на растительном масле. Название произошло от шума, издаваемого некоторыми версиями лодок.
Первоначально запатентованная в 1891 году, эта концепция претерпела ряд изменений и последующих патентов.
Двигатель состоит из котла и одной или нескольких выхлопных труб, в которых создаются колебания воды для импульсного выброса воды из выхлопных труб для приведения лодки в движение.
История
[ редактировать ]
Заслугу создания первого поп-лодки обычно приписывают французу по имени Томас Пиот. В 1891 году Пиот подал в Великобритании заявку на патент на простую поп-лодку с небольшим котлом и двумя выхлопными трубами. [2] [3] В статье Бэзила Харли 1975 года упоминается похожая лодка, увиденная во французском журнале 1880 года, что указывает на то, что этот тип игрушек мог существовать за много лет до патента Пиота. [ нужна ссылка ]
В 1915 году американец Чарльз Дж. Макхью подал заявку на патент на двигатель диафрагменного типа, который был усовершенствованием конструкции Пиота. [4] В 1920 году Уильям Перселл подал патент на двигатель с спиральной трубкой. [5] Этот тип двигателя на протяжении многих лет широко использовался в самодельных лодках из-за простоты конструкции. Книга Cub Scout (изданная организацией Boy Scouts of America ) на протяжении многих лет содержала проект под названием «Реактивный катер». В этом проекте использовался двигатель катушечного типа по конструкции Перселла, помещенный в деревянный корпус. Многие коммерческие лодки также использовали этот тип двигателя из-за его низкой стоимости.
Макхью подал еще один патент в 1926 году. Это снова была конструкция диафрагменного двигателя, усовершенствованная для облегчения коммерческого производства. [6] В 1934 году Пол Джонс подал патент на другую конструкцию диафрагмы, которую можно было производить промышленным способом из простых штампованных деталей. [7]
Многие поп-лодки, выпущенные в 1920-е годы, имели одну выхлопную трубу. Конструкции с двумя выхлопными трубами легче заполнять, и на протяжении многих лет они стали гораздо более распространенными.
Лодки в стиле поп-поп были популярны на протяжении многих лет, особенно в 1940-х и 1950-х годах. Популярность поп-лодочек упала вместе с другими оловянными игрушками во второй половине 20-го века, поскольку пластиковые игрушки заняли большую часть рынка. Хотя они больше не производятся в таких больших количествах, поп-лодочки продолжают производиться. На протяжении многих лет эти игрушки появлялись во многих вариантах. Некоторые из них были простыми и недорогими, а другие были гораздо более богато украшенными и художественными. Как и в случае со многими игрушками, поп-лодочки часто ищут коллекционеры, а цена варьируется в зависимости от редкости и дизайна.
Проектирование и строительство
[ редактировать ]
Поп-поп-лодка приводится в движение простым тепловым двигателем. Этот двигатель, иногда называемый двигателем с пульсирующей водой , [1] состоит из котла и одной или нескольких вытяжных труб. Под котлом размещается какой-то нагревательный элемент. Обычно используются свечи или небольшие масляные горелки. Хотя можно использовать одну выхлопную трубу, гораздо чаще используются две выхлопные трубы. Это связано с тем, что котел и выхлопные трубы должны быть заполнены водой, а использование двух трубок позволяет впрыскивать воду в одну трубку, а воздух из двигателя выходит через другую трубку. Котел и выхлопные трубы обычно изготавливаются из металла, чаще всего из олова или меди.
Когда к котлу подается тепло, вода в котле испаряется, образуя пар. Расширяющийся пар внезапно выталкивается из котла, [ сомнительно – обсудить ] издает хлопающий звук и выталкивает часть воды из выхлопной трубы, толкая лодку вперед. Котел теперь сухой и, следовательно, больше не может генерировать пар. Импульс . столба воды в вытяжной трубе заставляет его двигаться наружу, в результате чего давление внутри котла падает ниже атмосферного давления В случае двигателя диафрагменного типа котел в этом месте также выпирает внутрь, также издавая хлопающий звук. Давление снаружи котла теперь вытесняет воду обратно в котел. [ сомнительно – обсудить ] Затем вода закипает, и цикл повторяется. [ сомнительно – обсудить ] Хлопок более выражен при использовании котла диафрагменного типа: котлы змеевикового типа работают значительно тише.
Любой воздух в котле может действовать как пружина и поддерживать колебания воды, но если в котел попадает слишком много воздуха, колебания прекращаются, поскольку вся вода вытесняется, и пар не может образовываться. В воде содержится некоторое количество растворенного воздуха, который может накапливаться в двигателе во время работы. Поэтому двигатели должны периодически «выбрасывать» воздух, чтобы работать долго. [8]
В лодках типа «поп-поп» с двумя выхлопными трубами вода выбрасывается из обеих трубок во время первой фазы цикла и всасывается из обеих трубок во время второй фазы цикла. Вода не циркулирует через одну трубку и не выходит через другую. Аналогом лодочного двигателя внутреннего сгорания является бесклапанный импульсный водометный двигатель .
Коммерческие поп-лодки обычно изготавливаются из белой жести . Корпус лодки может быть изготовлен из любого плавающего материала. Самодельные поп-лодочки часто делают из дерева.
Конструкции котлов различаются. Распространены простые металлические контейнеры в форме коробки или цилиндра. Более эффективный котел можно сделать, используя металлическую кастрюлю, верхняя часть которой представляет собой слегка вогнутую диафрагму, сделанную из тонкого пружинистого металла. Многие поп-лодки использовали одну металлическую трубку, которая имеет спираль в центре и оставлена прямой на обоих концах, образуя выхлопные трубы. Змеевик в этой версии выполняет функцию котла.
Принцип работы
[ редактировать ]Работа поп-поп-лодки может показаться удивительной, поскольку можно было бы ожидать, что если вода входит и выходит через выхлопную трубу, лодку будет просто раскачивать вперед и назад. Но в то время как выталкиваемая вода уносит с собой импульс , который должен быть уравновешен (по третьему закону Ньютона ) противоположным импульсом со стороны лодки, всасываемая вода быстро ударяется о бак котла и передает свой импульс лодке. . Таким образом, первоначальная сила реакции на лодку (которая тянет ее назад) нейтрализуется толканием воды, когда она попадает внутрь котла. В результате приток воды не оказывает заметного воздействия на лодку. [9]
Некоторые авторы утверждают, что причина, по которой работает поп-лодка, заключается в том, что вода, выбрасываемая из задней части лодки, образует узкую струю, в то время как вода, втягиваемая обратно во второй половине цикла, втягивается со всех сторон. . [10] [11] Эту асимметрию можно увидеть и в том, как задувают свечу: свечу легко погасить, подув на нее, поскольку весь выбрасываемый воздух движется концентрированной направленной струей. Однако пламя трудно потушить всасыванием воздуха, поскольку воздух всасывается со всех сторон. [3] Это наблюдение, хотя и верное, может вводить в заблуждение, поскольку объясняет, почему поп-лодка движется вперед. Асимметрия форм притока и оттока является следствием вязкости воды , тогда как лодка могла бы работать в идеальной жидкости . [9] Более того, проходя через выпускные отверстия, входящая и выходящая вода имеют одинаковый импульс (в противоположных направлениях) относительно лодки. Важное отличие состоит в том, что импульс истечения выбрасывается, тогда как импульс притока вскоре передается лодке. [9] Асимметрия всасывания и выдувания действительно делает лодку более эффективной, даже если это не тот принцип, по которому она работает.
Физика работы поп-лодочки аналогична физике работы разбрызгивателя Фейнмана — погружного разбрызгивателя, который, как видно, вращается слабо или вообще не вращается, когда через него всасывается вода. В обоих случаях сила реакции на твердое устройство, вызванная всасыванием жидкости, уравновешивается жидкостью, падающей на внутреннюю часть устройства. [9] [12]
Культурное влияние
[ редактировать ]Поп-поп-лодка заняла видное место в японском анимационном фэнтезийном фильме 2008 года «Поньо» . [13] Игрушечные лодки с двигателем диафрагменного типа, подобные показанному в фильме, производились и продавались в качестве дополнения к моменту выхода фильма. [14]
См. также
[ редактировать ]- Импульсный реактивный двигатель - двигатель, в котором сгорание происходит импульсно, а не непрерывно.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Харли, Бэзил (1978). Магазин игрушек Steam . Книги Аргуса. ISBN 0-85242-583-Х .
- ^ Патент Великобритании 20081 , Томас Пиот, «Усовершенствование парогенераторов», выдан 15 октября 1892 г.
- ^ Jump up to: а б Соби, Эд ; Соби, Вуди (2008). Как работают игрушки . Чикаго Ревью Пресс. стр. 100–102. ISBN 1-55652-745-4 .
- ^ Патент США 1200960 , Чарльз Дж. Макхью, «Механическая лодка», выдан 10 октября 1916 г.
- ^ Патент США № 1480836 , У. Ф. Перселл, «Металлоходное устройство», выдан 15 января 1924 г.
- ^ Патент США 1596934 , Чарльз Дж. Макхью, «Катер с механическим двигателем», выдан 24 августа 1926 г.
- ^ Патент США 1993670 , Пол Джонс, «Маленькая лодка», выдан 5 марта 1935 г.
- ^ Биндон, Джефф (6 февраля 2004 г.). «Секретная работа прозрачного поп-поп-движка» (PDF) . Модельный инженер . Архивировано из оригинала (PDF) 4 марта 2016 г.
- ^ Jump up to: а б с д Алехандро Дженкинс (2011). «Возврат к головке спринклера: импульс, силы и потоки в махистском движении». Европейский журнал физики . 32 (5): 1213–1226. arXiv : 0908.3190 . Бибкод : 2011EJPh...32.1213J . дои : 10.1088/0143-0807/32/5/009 . S2CID 118379711 .
- ^ Дауни, Нил А. (2003). Бутерброды с чернилами, электрические черви и 37 других экспериментов для субботней науки . Издательство Университета Джонса Хопкинса. п. 74. ИСБН 0-8018-7410-6 .
- ^ Уокер, Джерл (2006). Летающий цирк физики . Уайли. стр. 199–200. ISBN 0-471-76273-3 .
- ^ Алехандро Дженкинс (2004). «Элементарная обработка обратного разбрызгивателя». Американский журнал физики . 72 (10): 1276–1282. arXiv : физика/0312087 . Бибкод : 2004AmJPh..72.1276J . дои : 10.1119/1.1761063 . S2CID 119430653 .
- ^ «Неожиданное наблюдение» из Pop-Pop Pages, автор Вэнс Басс.
- ^ Поньо на скале у моря Понпон-корабль Соске, из Hobby Search
Внешние ссылки
[ редактировать ]
- Страницы Pop Pop, включая обширные ссылки и поставщиков.
- 4Physics.com описание
- Информация о поп-поп-лодке, включая историю и инструкции по эксплуатации.