ポップポップボート

ポップポップボート（ 1920年代のドイツ版にちなんでフラッシュスチーマー、ホットエアボート、またはトクトクとも呼ばれる^{[1] ）は、}可動部品のない単純な蒸気エンジンを搭載した玩具で、通常はろうそくや植物油バーナーで動力を得ます。この名前は、ボートのいくつかのバージョンが出す音に由来しています。

このコンセプトは 1891 年に最初に特許を取得しましたが、その後、数多くの変更と特許取得が行われてきました。

エンジンはボイラーと 1 つ以上の排気管で構成されており、排気管内で水の振動を発生させて排気管から水を脈動で排出し、ボートを推進します。

最初のポップポップボートの発明者は、通常、トーマス・ピオットというフランス人であるとされています。1891年、ピオットは小さなボイラーと2本の排気管を使用したシンプルなポップポップボートの特許を英国で申請しました。^{[2] [3]} 1975年のバジル・ハーレーの記事では、1880年のフランスの雑誌に掲載された同様のボートについて言及しており、このタイプのおもちゃはピオットの特許より何年も前から存在していた可能性があることを示唆しています。^[要出典]

1915年、チャールズ・J・マクヒューというアメリカ人が、ピオットの設計を改良したダイヤフラム型エンジンの特許を申請した。^[4] 1920年、ウィリアム・パーセルがコイルチューブ型エンジンの特許を申請した。^[5]このタイプのエンジンは、構造が簡単なため、自家製のポップポップボートで長年一般的に使用されてきた。カブスカウトの本（ボーイスカウトアメリカ連盟が発行）には、長年「ジェットボート」と呼ばれるプロジェクトが掲載されていた。このプロジェクトでは、木製の船体に搭載されたパーセルの設計に基づくコイル型エンジンが使用されていた。多くの市販のポップポップボートも、コストが低いため、このタイプのエンジンを使用している。

マクヒューは1926年に別の特許を申請した。これもまたダイヤフラムエンジンの設計であり、より容易に商業的に製造できるように改良された。^[6] 1934年にポール・ジョーンズは、単純な打ち抜き部品から工業的に製造できる別のダイヤフラム設計の特許を申請した。^[7]

1920 年代に製造されたポップ ポップ ボートの多くは、排気管が 1 本でした。排気管を 2 本使用する設計は、充填が簡単なため、長年にわたって普及してきました。

ポップポップボートは、特に 1940 年代と 1950 年代に、長年にわたって人気がありました。20 世紀後半には、プラスチック製のおもちゃが市場の大部分を占めるようになり、ポップポップボートは他のブリキのおもちゃとともに人気が低下しました。今ではそれほど大量には生産されていませんが、ポップポップボートは生産され続けています。これらのおもちゃは、長年にわたってさまざまな種類が作られてきました。シンプルで安価なものもあれば、はるかに装飾的で芸術的なものもあります。多くのおもちゃと同様に、ポップポップボートはコレクターに求められることが多く、価格は希少性とデザインによって異なります。

ポップポップボートは、単純な熱機関によって駆動されます。脈動水エンジンと呼ばれることもあるこのエンジン^[1]は、ボイラーと1本以上の排気管で構成されています。ボイラーの下には、何らかの加熱要素が配置されています。一般的には、ろうそくや小型の石油バーナーが使用されます。排気管は1本でも使用できますが、2本の方がはるかに一般的に使用されています。これは、ボイラーと排気管に水を満たす必要があり、2本の管を使用することで、一方の管に水を注入しながら、エンジン内の空気をもう一方の管から逃がすことができるためです。ボイラー管と排気管は通常金属で作られており、スズや銅が一般的です。

ボイラーに熱が加えられると、ボイラー内の水が蒸発して蒸気が発生します。膨張した蒸気は突然ボイラーから押し出され、^{[疑わしい–議論する]}「ポン」という音を立て、水の一部を排気管から押し出してボートを前進させます。ボイラーは乾燥しているため、これ以上蒸気を生成できません。排気管内の水柱の勢いにより、水柱は外側に移動し続けるため、ボイラー内の圧力は大気圧以下に低下します。ダイヤフラム型エンジンの場合、ボイラーもこの時点で内側に膨らみ、ポンという音を立てます。今度はボイラー外部の圧力により、水がボイラー内に戻ります。^{[疑わしい–議論する]}この水は沸騰し、サイクルが繰り返されます。^{[疑わしい–議論する]}ダイヤフラム型ボイラーを使用すると、ポンという音がより顕著になります。コイル型ボイラーははるかに静かです。

ボイラー内の空気はバネとして機能し、水の振動を支えることができるが、ボイラーに空気が入りすぎると、すべての水が押しのけられて振動が止まり、蒸気が生成されなくなる。水には溶解した空気が含まれており、運転中にエンジン内に蓄積される可能性がある。そのため、エンジンを長時間稼働させるには、定期的に空気を「排出」する必要がある。^[8]

排気管が 2 本あるポップ ポップ ボートでは、サイクルの第 1 段階では両方の管から水が排出され、サイクルの第 2 段階では両方の管から水が吸い込まれます。水は一方の管から流入してもう一方の管から流出することはありません。ポップ ポップ ボートのエンジンの内燃機関版は、バルブレス パルス ジェットです。

市販のポップポップボートは、通常ブリキで作られています。ボートの船体は、浮くものであればどのような素材でも作ることができます。自家製のポップポップボートは、多くの場合、木で作られています。

ボイラーの設計はさまざまです。箱型または円筒形の単純な金属容器が一般的です。上部が薄く弾力性のある金属でできたわずかに凹んだダイヤフラムになっている金属鍋を使用すると、より効率的なボイラーを作ることができます。多くのポップ ポップ ボートでは、中央でコイル状に形成され、両端がまっすぐに残されて排気口を形成する単一の金属管が使用されています。このバージョンのコイルはボイラーとして機能します。

ポップポップボートの仕組みは意外に思えるかもしれない。排気管から水が出入りしているなら、ボートは前後に揺れるだけだと予想されるからだ。しかし、押し出された水は運動量を持ち去り、その運動量はボート側の反対方向の運動量で釣り合わなければならない（ニュートンの第3法則による）。一方、吸い込まれた水はすぐにボイラータンクに衝突し、その運動量をボートに伝える。そのため、ボートにかかる最初の反作用力（ボートを後方に引っ張る）は、水がボイラーの内側に当たったときの水の押圧によって打ち消される。その結果、流入する水はボートに目立った力を与えない。^[9]

一部の著者は、ポップポップボートが機能する理由は、ボートの後ろから噴射される水が狭いジェットを形成するのに対し、サイクルの後半で引き戻される水はあらゆる方向から引き込まれるためであると主張しています。^{[10] [11]}この非対称性は、ろうそくの火を吹き消す方法にも見られます。吹き出される空気はすべて集中した方向性のあるジェットで動いているので、ろうそくに息を吹きかけると簡単に火を消すことができます。しかし、あらゆる方向から吸い込まれる空気を吸い込むことで炎を消すことは困難です。^{[3]この観察は正しいものの、ポップポップボートが前進する理由の説明としては誤解を招く可能性があります。流入と流出の形状の非対称性は水の}粘性 の結果であり、ボートは理想的な流体内で作動できます。^[9]さらに、排気口を通過する際、流入水と流出水はボートに対して同じ運動量（反対方向）を持ちます。重要な違いは、流出水の運動量は排出されるのに対し、流入水の運動量はすぐにボートに伝わることです。^[9]吸引/吐出の非対称性は、それがボートの動作原理ではないとしても、ボートの効率を高めます。

ポップポップボートの物理的動作は、ファインマンスプリンクラーの物理的動作に似ています。ファインマンスプリンクラーは水中に沈められたスプリンクラーで、水が吸い込まれると弱々しく回転するか、まったく回転しないのが見られます。どちらの場合も、液体の吸い込みによって固体装置に生じる反力は、装置内部に衝突する液体によってバランスが取られます。^{[9] [12]}

ポップポップボートは、2008年の日本のアニメファンタジー映画『崖の上のポニョ』で大きく取り上げられました。^[13] 映画に登場するようなダイヤフラム型エンジンを搭載したおもちゃのボートは、映画の公開時にタイアップとして製造・販売されました。 ^[14]

• パルスジェットエンジン – 燃焼が連続的ではなくパルス的に行われるエンジンリダイレクト先の簡単な説明を表示するページ

ウィキメディア・コモンズには、ポップポップボートに関連するメディアがあります。

• 広範な参考資料とベンダーを含むPop Popページ
• 4Physics.comの説明
• ポップポップボートの情報（歴史や操作方法を含む）