Barco pop-pop de vela
Un barquito «pop-pop» de 15 × 8 cm hecho con un tetrabrik: una velita de té calienta un serpentín de tubo de cobre lleno de agua, el agua hierve y sale a chorritos por la popa, y el barco avanza solo por la bañera a unos 2–5 cm por segundo.
Qué va a aprender
- Que el agua al calentarse cambia de estado (líquido → vapor) y ocupa unas 1.600 veces más volumen.
- Que el vapor, al enfriarse, vuelve a ser agua (condensación) y deja sitio, y que ese ciclo se repite muchas veces por segundo.
- Qué es la propulsión a chorro: empujar agua hacia atrás hace que el barco vaya hacia delante (acción y reacción).
- Que un barco flota si desplaza un peso de agua igual al suyo (casco de 15 × 8 cm: se hunde solo 4–5 mm).
- Normas de seguridad reales con fuego y objetos calientes.
Prepara antes
- Lava el tetrabrik con agua y jabón, ábrelo por las aristas y déjalo secar plano.
- Imprime las plantillas al 100 % (comprueba la línea roja de 50 mm de la cabecera). La del serpentín es a tamaño real: se dobla el tubo encima.
- Comprueba que el tubo de cobre está abierto por los dos lados: sopla por una punta o empuja agua con la jeringa.
- Llena la bañera con 5–10 cm de agua y aparta toallas, cortinas y papeles del borde. Recoge el pelo largo.
- Ten a mano el mechero largo y un paño de cocina húmedo.
Materiales y herramientas
- Tubo de cobre blando (recocido) — 40 cm (se usan 32 cm; el resto, de repuesto) comprar
Ø exterior 3 mm, pared 0,5 mm (tienda de modelismo, ferretería o «tubo capilar» de refrigeración) - Vela de té (tealight) — 2 (una de repuesto) comprar
Ø 38 mm, 12 mm de alto, en su cazoleta de aluminio, 3–4 h de duración - Tetrabrik de 1 litro — 1
de leche o zumo, lavado y seco (cartón plastificado: no se moja) - Plastilina — ≈ 20 g
para fijar los tubos a la popa, la vela al suelo y el mástil; también sirve de lastre - Papel de aluminio — 1 trozo de 15 × 15 cm
doblado en 4 capas (cuadrado de 40 × 40 mm) bajo la vela, para proteger el casco del calor - Cinta americana — ≈ 30 cm
para sujetar las esquinas del casco por fuera - Palillos de dientes — 2
uno de mástil (≈ 65 mm) y otro de repuesto - Papel de color — 1 trozo de 6 × 5 cm
vela del barco - Jeringa sin aguja — 1
5–10 ml, para llenar el tubo de agua - Lápiz — 1
Ø 7–8 mm, para enrollar el serpentín - Bañera, barreño o piscina hinchable — 1
al menos 50 cm de largo y 5 cm de agua
Herramientas
- Cúter, regla metálica y base de corte — cortar el tetrabrik adulto
- Tijeras — recortar plantillas, vela de papel y cinta
- Bolígrafo sin tinta — marcar los pliegues del casco
- Cortatubos o lima fina — cortar el tubo de cobre sin aplastar sus puntas (con lima: rayar alrededor y doblar) adulto
- Mechero largo de cocina — encender la vela dentro del barco adulto
- Paño de cocina húmedo — tenerlo a mano por si algo se prende fuera del barco (la vela se apaga soplando) adulto
Piezas y plantillas
- A · Casco (bandeja de tetrabrik) ×1 — tetrabrik (cartón plastificado)
- B · Vela ×1 — papel de color
- C · Plantilla para doblar el serpentín (tamaño real, vista lateral) ×1 — papel
- D · Tubo de cobre ×1 — tubo de cobre Ø 3 mm
- E · Almohadilla de aluminio ×1 — papel de aluminio en 4 capas
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Paso a paso
Corta el casco adulto
Pega o calca la plantilla A (190 × 120 mm) en la cara interior del tetrabrik abierto; un adulto la corta con cúter y regla. Si la arista del brik cruza el rectángulo, aplánala con la uña: no importa.
1 Pega la plantilla A de 190 × 120 mm en la cara gris del brik 2 Un adulto corta por la línea con cúter, apoyado en la regla metálica 3 Pieza A recortada, con el pliegue del brik aplanado con la uña Dobla la bandeja
Marca los 4 pliegues rectos con el bolígrafo sin tinta y la regla y levanta las paredes de 20 mm. En cada esquina, pellizca la diagonal hacia fuera formando una oreja triangular y dóblala contra la pared corta.
1 Marca los 4 pliegues a 20 mm del borde con boli sin tinta y regla 2 Levanta las paredes y pellizca cada esquina en oreja hacia fuera 3 Dobla cada oreja contra la pared corta: fondo de 150 × 80 mm Comprueba: Las paredes quedan rectas y el fondo mide 150 × 80 mm.Sella las esquinas
Sujeta cada oreja contra la pared con un trozo de cinta americana de 6 cm que abrace la esquina por fuera. No hagas cortes ni agujeros en el casco.
1 Corta un trozo de 6 cm de cinta americana para cada esquina 2 Pega media cinta en cada pared, abrazando la esquina por fuera 3 Repite en las 4 esquinas, sin cortes ni agujeros en el casco Prueba de flotación
Pon el casco vacío en el agua durante 2 minutos y luego mira dentro. Después pon dentro la vela de té y el tubo de cobre aún recto (pesa lo mismo que cuando sea serpentín) para ver cómo flota con peso.
1 Deja el casco vacío flotando 2 minutos 2 Mira dentro: no tiene que haber ni una gota de agua 3 Con la vela y el tubo encima, se hunde solo 4–5 mm Comprueba: No entra ni una gota y el casco se hunde solo 4–5 mm con todo el peso.Enrolla el serpentín adulto
Un adulto corta 32 cm del tubo de cobre con el cortatubos; marca su centro, a 16 cm. Apoya ese punto sobre el lápiz y enrolla 3 vueltas apretadas, despacio, con las dos patas saliendo hacia el mismo lado. Saca el lápiz girándolo.
1 Un adulto corta 32 cm de tubo de cobre; marca el centro, a 16 cm 2 Apoya el centro en el lápiz y enrolla 3 vueltas apretadas 3 Saca el lápiz girándolo: las dos patas salen del mismo lado Truco: Dobla con los pulgares cerca del lápiz, sin tirones: si el tubo se aplana, deja de servir (no pasa el agua).Dobla las patas con la plantilla adulto
Pon el serpentín sobre la plantilla C y dobla las dos patas a la vez: tramo horizontal de 60 mm, codo de 90° hacia abajo de 30 mm y otro codo de 90° hacia atrás de 14 mm. Haz cada codo sobre el lápiz para que sea redondo.
1 Pon el serpentín en la plantilla C: 60 mm hasta la popa 2 Dobla 90° hacia abajo sobre el lápiz: una bajada de 30 mm 3 Haz el segundo codo hacia atrás, de 14 mm: debe coincidir Comprueba: El tubo coincide con el dibujo y las dos puntas quedan a la misma altura. Si alguna punta sobresale más de 1 cm del dibujo, el adulto la recorta con el cortatubos para que las dos midan lo mismo.Comprueba que el tubo pasa agua
Mete una punta del tubo en la jeringa (o rodéala con un trocito de tubo blando) y empuja agua: debe salir un chorrito continuo por la otra punta.
1 Une la jeringa con agua a una punta y empuja el émbolo 2 Por la otra punta tiene que salir un chorrito continuo 3 Si no sale agua, hay un codo aplastado: rehaz ese tramo Comprueba: Si no sale agua, hay un codo aplastado: rehaz ese tramo.Coloca la vela de té
Pon la almohadilla de aluminio E de 40 × 40 mm en el fondo, en la marca a 65 mm de la popa, y la vela de té encima, centrada. Pégala con una bolita de plastilina para que no se deslice.
1 Pon el aluminio E de 40 × 40 mm a 65 mm de la popa 2 Pega la vela encima, centrada, con una bolita de plastilina Monta el serpentín
Apoya las dos patas sobre el borde de la pared de popa, con el serpentín justo encima de la mecha, como en la plantilla C: su centro a 25 mm del fondo (≈ 13 mm sobre la cera), de modo que la parte baja de las vueltas queda a 3–5 mm de la punta de la mecha, dentro de la llama. Sujeta las patas al borde con un buen pegote de plastilina. Las puntas quedan por fuera, apuntando hacia atrás, por debajo del fondo.
1 Apoya las dos patas sobre el borde de la pared de popa 2 Sujeta las patas al borde con un buen pegote de plastilina 3 De lado: serpentín sobre la mecha y puntas 10 mm bajo el fondo Comprueba: Mirando de lado, el serpentín está centrado sobre la mecha y las puntas 10 mm por debajo del fondo del casco.Pon el mástil y equilibra
Clava el palillo con la vela B en una bolita de plastilina de 1 cm pegada cerca de la proa. Pon el barco en el agua: si se hunde de popa, añade plastilina en la proa hasta que quede nivelado.
1 Ensarta la vela B en el palillo y clávalo en una bolita de plastilina 2 Si se hunde de popa, añade plastilina en la proa 3 Debe quedar nivelado, con las puntas del tubo bajo el agua Llena el tubo de agua
Con el barco en el agua, mete la jeringa con agua en una de las puntas (bajo el agua) y empuja hasta que salgan burbujas y luego agua por la otra. Saca la jeringa sin levantar las puntas del agua.
1 Mete la jeringa con agua en una punta, bajo el agua, y empuja 2 Sigue hasta que por la otra punta salga agua sin burbujas 3 Saca la jeringa sin levantar las puntas del agua Comprueba: No quedan burbujas: el tubo está lleno de agua de punta a punta.Truco: También puedes llenarlo sumergiendo el serpentín en un vaso y chupando con una pajita por la otra punta (sin tragar).Enciende (solo un adulto) adulto
El adulto enciende la vela con el mechero largo, sin inclinar el barco. Sujeta el barco suavemente 30–60 segundos mientras el serpentín se calienta y suéltalo cuando notes el primer empujón.
1 El adulto enciende la vela con el mechero largo, sin inclinar 2 Sujeta el barco suave 30–60 s mientras se calienta el tubo 3 Suéltalo al notar el empujón: avanza solo y suena «tac-tac» Comprueba: Al minuto se oyen chasquidos suaves, salen burbujitas por las puntas y el barco avanza solo.Navega y apaga adulto
Observa unos minutos, cronometrando cuánto tarda en recorrer 50 cm. Para apagar, el adulto sopla de lado, a ras de la vela y por debajo del serpentín (no se puede tapar con un vaso: el serpentín está encima). Espera 5 minutos antes de tocar el serpentín.
1 Cronometra cuánto tarda en recorrer los 50 cm 2 El adulto apaga: sopla de lado, por debajo del serpentín 3 Espera 5 minutos antes de tocar el serpentín
¿Funciona? La prueba
En la bañera, marca con dos objetos una distancia de 50 cm. Suelta el barco con la vela ya encendida y el tubo lleno, y cronometra.
Qué debe pasar: Empieza a moverse 30–60 s después de encender, con un ligero «tac-tac» y burbujitas en la popa, y avanza recto a unos 2–5 cm/s (50 cm en 10–25 s). Sigue navegando mientras haya vela y agua en el tubo.
Si algo falla
- La vela arde pero el barco no se mueve — El tubo tiene aire o se ha vaciado. Solución: Apaga, deja enfriar 2 minutos y vuelve a llenar el tubo con la jeringa con las puntas bajo el agua.
- Hace burbujas muy grandes y luego se para — Las puntas están casi en la superficie y entra aire. Solución: Dobla las puntas más abajo (al menos 10 mm por debajo del fondo) o añade plastilina en la popa.
- No arranca aunque el tubo está lleno — El serpentín está demasiado alto o demasiado bajo (apaga la llama) respecto a la mecha. Solución: Ajusta como en la plantilla C: centro del serpentín a 25 mm del fondo (≈ 13 mm sobre la cera), con la parte baja de las vueltas dentro de la llama.
- Va en círculos — Las puntas no apuntan recto hacia atrás o el barco está torcido. Solución: Endereza las dos puntas paralelas al eje del barco y equilibra con plastilina.
- Entra agua en el casco — Esquina mal plegada o cinta despegada. Solución: Seca, vuelve a plegar la oreja y pon cinta americana nueva por fuera; o cambia a una lata de sardinas.
- La vela se apaga — El serpentín está demasiado cerca y ahoga la llama o la cera inunda la mecha. Solución: Sube el serpentín 3–4 mm y usa una vela nueva.
Seguridad
- Fuego: enciende y apaga siempre un adulto, con mechero largo; nunca dejes el barco encendido sin vigilancia.
- El serpentín de cobre pasa de 100 °C: no lo toques hasta 5 minutos después de apagar. La cera y la cazoleta de la vela también queman.
- Navega solo en agua, lejos de cortinas, toallas y papel. Pelo largo recogido y nada de ropa holgada sobre la bañera.
- El cúter y el corte del tubo de cobre los hace un adulto; las puntas del tubo pueden cortar: líjalas.
- Para apagar, sopla de lado, a ras de la vela y por debajo del serpentín (un vaso no cabe: el serpentín está encima). Nunca eches agua sobre la cera caliente fuera de la bañera (salpica).
La ciencia detrás
Para los niños
Dentro del tubito hay agua. La vela la calienta tanto que se convierte en vapor, que necesita muchísimo más sitio y empuja el agua hacia fuera por detrás del barco, ¡plof! Al salir del calor, el vapor se enfría, vuelve a ser agüita y deja un hueco, así que el tubo sorbe agua otra vez. Esto pasa muchas veces cada segundo, como un corazón que late. Como el agua sale en chorrito hacia atrás pero entra de todas partes, el barco va hacia delante.
Para el adulto
Es un motor «pop-pop» de serpentín, una máquina térmica sin piezas móviles. La llama calienta el agua del serpentín por encima de 100 °C y se forma una burbuja de vapor (el vapor a presión atmosférica ocupa ≈ 1.600 veces el volumen del agua). La burbuja crece y expulsa agua por las dos puntas; al llegar a las zonas frías del tubo, el vapor condensa, la presión baja por debajo de la atmosférica y el agua vuelve a entrar. El ciclo, una oscilación de relajación, se repite a varios hercios. Aunque el volumen de agua que sale es igual al que entra, el empuje neto no es nulo: el agua sale en chorro dirigido hacia atrás (mucha cantidad de movimiento en una dirección), mientras que al aspirar entra desde todas las direcciones alrededor de la boca. La fuerza neta es pequeña (milinewtons), suficiente para mover a 2–5 cm/s un casco de ≈ 50 g, que por el principio de Arquímedes se hunde ≈ 50 cm³ / (15 × 8 cm²) ≈ 4 mm. El tubo de cobre de 3 mm es la clave: conduce muy bien el calor (≈ 400 W/m·K) y su diámetro pequeño evita que el agua salga y entre en forma de borbotón. El rendimiento es muy bajo (menos del 0,1 % de los ≈ 30 W que da una vela de té), pero se ven en directo el cambio de estado, la condensación y la tercera ley de Newton.
- vapor: agua convertida en gas por el calor.
- condensación: cuando el vapor se enfría y vuelve a ser agua líquida.
- propulsión a chorro: avanzar empujando un chorro de líquido o gas hacia atrás.
- flotación: un objeto flota si aparta un peso de agua igual al suyo.
- serpentín: tubo enrollado en espiral para calentar o enfriar lo que pasa por dentro.
Por edades
- 5–7 años: No recomendado construirlo: el adulto lo prepara y el niño decora la vela y el casco, llena el tubo con la jeringa y observa, siempre a distancia del fuego.
- 8–10 años: Construyen el casco, colocan la vela y la plantilla y llenan el tubo; el adulto dobla el cobre y maneja el fuego. Que expliquen con sus palabras lo que ven en las puntas.
- 11–12 años: Doblan el serpentín con la plantilla (con supervisión), miden velocidad y comparan serpentines. Reto: calcular cuánto se hunde el casco con su peso y comprobarlo con una regla.
En grupo o en clase
Equipos de 4 con un adulto por cada 2–3 equipos por el fuego. Antes de la sesión: el docente corta los cascos y prepara los serpentines (enrollar un serpentín por equipo, 6–7 en una clase de 25, lleva tiempo) y prueba uno. Sesión de 60 min: 20 min casco y montaje, 10 min llenado, 20 min «puerto» con 2–3 barreños grandes y velas encendidas solo por adultos, 10 min puesta en común. Nada de mecheros en las mesas; un extintor o manta ignífuga cerca.
Retos
- Haz que tu barco lleve una carga de 10 g (una moneda) sin hundirse ni pararse.
- Construye un barco con dos serpentines y dos velas y compara la velocidad.
- Diseña un timón que le haga dar vueltas en círculo constante.
- Construye un barco pop-pop de diafragma con una lata de refresco (busca cómo funciona el clásico «pop-pop» que suena).