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中国古代神秘玩具“饮水鸟”玩具的“永动机”

生活DIY | 饰品 / 2012-05-04 / 不要和陌生人 / 11705℃

无电无磁无发条 头上点水开始摇只要杯中水不断 日日夜夜不停脚奇妙奇妙真奇妙 它还可以做预报阴天雨天运动慢 风天晴天跑得快开发智力最需要 馈赠礼品为最好

中国古代玩具“饮水鸟”古老玩具是永动机? 这种古老的中国玩具外形就像一只鸟,古代称作智慧长寿鸟一种几近失传的玩具,与魔方、倒立陀螺并称世界三大益智玩具,前苏联著名科普作家别莱利曼在他1936年编著的《趣味物理学续编》中倾心介绍的玩具,日本东北大学教授酒井高南编著的《玩具与科学》中极力推崇的玩具。2005年8月“中国古典物理玩具展”极尽全力通过网络、媒体在全国寻找的玩具,中央电视台《科技博览》2005年9月19日至9月20日以《寻找饮水鸟(上)(下)》进行全方位报道的玩具。   

“智慧长寿鸟”有这么神奇吗?“智慧鸟”的神奇之处就在于:它不充电不装发条不借助外来的动力,永动鸟主体由玻璃制成。它的身体是一根玻璃管,管的上端是一个小球,也就是鸟头,管的下端是一个大球,也就是鸟的尾部。球内装有液体,管的下端浸在液面下。整个鸟身是密闭的,架在一个类似鸟腿的座上。它的头部粘有尖尖的嘴,尾部粘有羽毛。而它的神奇之处就是,只要在鸟嘴前面放上一杯水,把嘴巴浸到水里,让它“喝”上一口,接着把头抬起,鸟就会自动俯下身去,把嘴浸到水里,“喝”了一口后,又直立起来。以后它就会不知疲倦地永远喝下去。只要前面杯子里有水,它就如同一台“永动机”一样永远不停地工作下去。四川有位朋友拥有一只智慧鸟,总共喝了60年的水。

更有趣的是智慧鸟还能做天气预报,阴天雨天喝得少,风天晴天喝得多。“智慧鸟”集中代表了古人的智慧,它不停地点头喝水,就像是一台永动机。但是永动机在科学理论上是不可能的,那么这到底是怎么回事呢 。 

究竟是什么原理让“智慧鸟”无休止地“喝”个不停呢?“智慧鸟”的原理并不容易说得清,物理学家给出好几种不同的解释。

基本的认识是,“饮水鸟”体内的液体是一种易挥发的液体,在高温里很容易蒸发,而液体的饱和蒸汽所产生的压力又会随温度的改变而改变。于是,当它头部受冷,气压下降,尾部的液体就会沿颈部被“抬升”至头部。这样头的重量在增加,尾部的重量在减轻,重心位置发生变化,鸟就把嘴巴浸到水里。而当两部分气体混合之后,由于吸收了周围空气的热量,又没有了气压差,这时上升到头部的液体,在本身的重量作用下流向下端尾部,这时尾部变重,头部向上翘。与此同时,头部因为刚粘到水又开始冷却,如此就开始了反复运动。

头部(包括嘴部)通常被粘上一层红色毛毡,这种材料的吸水性很好。在第一次使用时,你要把饮水鸟的头部按在水杯里,让这只鸟头部的毛毡吸水被浸湿。当你放开手后,这只鸟摇摆起来。由于毛毡上水的蒸发,导致头变得比腹部温度稍低(即有一个“微温差”)。而鸟的摇摆的行动又协助了蒸发的加速(就象你沾水的手在空中挥舞感到更凉快一样),真是天作之合!

虽然头部和玻璃管的上部看起来好象是空的,但是它们里面实际上是充满了从二氯甲烷蒸发出来的蒸气。二氯甲烷或者乙醚是制作饮水鸟的绝好材料,因为它们都具有“低潜热”,很容易蒸发,不需要获取很多热量就能气化变成蒸气。 

由于头部温度降低,一些蒸气冷凝,成为流动的小液滴(就象水蒸汽接触到冷的玻璃窗凝结成为小水滴流下来一样)。 

蒸气凝结成为小液滴后,占用的空间减少,这使头部里面的压力比腹部稍低,头部和腹部之间的压力不平衡,导致了液体被吮进玻璃管上升进入头部。你也可以理解为腹部液体产生的蒸汽压力推动液体沿玻璃管上升进入头部(因为头部气压低于腹部),这更减少了头部蒸汽的数量,同时降低了腹部压力。这样更加进一步导致液体蒸发,造成更多蒸汽将更多的液体强制压入玻璃管上升进入头部。         随着液体沿玻璃管上升进入头部,它逐渐改变了这只饮水鸟的重心。使重心逐渐移动到转动轴以上,这导致它倾斜越来越多,直到它最终“头重脚轻”地低头“饮水”。这个动作正是我们所希望看到的“饮水”效果。但是,我认为这个动作更重要的意义在于它使饮水鸟巧妙地补充了头部毛毡所蒸发掉的水份。 

当饮水鸟的身体差不多呈水平状态时,在腹部内的玻璃管的末端与液体脱离接触,2只玻璃球的空间连通,在腹部的液体之上的蒸气现在可以迅速地通过玻璃管进入到头部,使头部和腹部的气压相等,气压差消失。这时,以前移动到头部的液体汩汩地向下流回腹部。     由于头部的液体流回腹部,它迅速地移动了重心,使其回到转动轴以下比较低的腹部,因此这只鸟的头部离开玻璃杯,摇摆着恢复直立状态。然后,头部毛毡上的水份又蒸发,饮水鸟重复上述过程,不停循环,就如同一台“永动机”一样时刻不停地工作着。 

饮水鸟运用了物理学的蒸发致冷,饱和汽压与温度关系,帕斯卡原理,重心、杠杆原理以及毛细现象等原理。

至少在清朝中期饮水鸟就诞生了,虽然那时没有乙醚等药物,但人们利用高浓度的酒精等液体,也能产生同样效果。  饮水鸟绝不是什么“永动机”,它实际上是巧妙地利用了物理学里的热力学原理,乙醚很容易挥发,饮水鸟一头一尾的温度差异,就能让玻璃管里的乙醚蒸汽的分布发生变化,从改变小鸟的重心让它下垂,而鸟不断地喝水,又会打湿它的头部,头部水分的蒸发,吸收周围空气的热量,再次产生温度差异,这就是奇妙的饮水鸟能够不停活动的秘密,两段玻璃管,一点乙醚,一些普通的棉花,就能做出一只不知疲倦的小鸟,听上去简单,可要让它不停歇的运动并不容易,为了复原这只小鸟,孙贵倾注了三十年的心血。  通过二十多年的努力,孙贵终于掌握了一些制作窍门,要让小鸟动起来,一是要把握好鸟身体里乙醚的量,过多会让身体太重,过少则无法带动身体摆动,二是要找好小鸟身体的平衡点,最佳的支点才能保证小鸟运动自如。

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