基本介紹
- 中文名：飲水鳥
- 類型：中國古代玩具
- 最後出現時間：上世紀30年代
- 製作原料：玻璃
內容簡介,原理,工作流程,失傳原因,製作歷程,國外資料,
內容簡介
球內裝有液體，管的下端浸在液面下。整個鳥身是密閉的，架在一個類似鳥腿的座上。它的頭部粘有尖尖的嘴，尾部粘有羽毛。為了讓人不能看清鳥身體裡的秘密，它的身體被塗上了黑色。而它的神奇之處就是，在鳥的面前放上一杯水，鳥就會俯下身去，把嘴浸到水裡，“喝”了一口後，又直立起來。可是直立一會兒它又會俯下身去，等到鳥嘴浸到了水，“喝”了一口，又會直立起來。就這樣，它不停地點頭喝水，這到底是怎么回事呢？
飲水鳥
飲水鳥這一點連當代最偉大的科學家愛因斯坦都為它吃驚。根據前蘇聯著名的科普作家別萊利曼編著的《趣味物理學續編》中提到，曾有人將這個塗了顏色、看不見內部奧秘的“飲水鳥”贈送給愛因斯坦博士，並對他說，科學家不是說永動機是不可能的嗎，就讓你瞧瞧這台永動機。當愛因斯坦看過並明白其原理時，真的十分驚嘆“飲水鳥”的設計巧妙。因此這個玩具就被別人叫做“愛因斯坦也吃驚的玩具”。
原理
這種玩具不是一種利用環境中熱能的第二類永動機。”飲水鳥“是一種遵守熱力學定律的典型熱機，它之所以能不停地點頭喝水，是因為它利用了一些複雜的物理學原理。
飲水鳥的頭和軀體分別為兩個薄壁玻璃球( 以下簡稱“上球”和“ 下球”) , 其間以一根玻璃管連通, 內裝乙醚液體, 構成一個密閉容器。由於乙醚液體易揮發,因此液面上方充滿乙醚的飽和氣。鳥頭四周包有一層易吸水的布。平時, 鳥身略向前傾。啟動時給鳥頭滴少許水, 布上的水在蒸發時大量吸熱, 使上球內的乙醚飽和氣在降溫的同時降壓，又因為溫度降低乙醚蒸汽變得過飽和了，有少量乙醚蒸汽凝結成液體，乙醚蒸汽的量變少，氣體體積進一步縮小，並放熱阻止溫度降低, 此時下球中的飽和氣壓大於上球中的氣壓, 下球中的乙醚液體沿玻璃管往上壓,下球壓強變小，裡面的蒸汽變的不飽和，少量乙醚氣化，下球里的乙醚蒸汽的量變大，同時從乙醚液體吸熱， 於是整個鳥的重心上移, 從而打破了支點的平衡狀態。鳥身隨上升的乙醚液體逐漸前傾, 當鳥嘴接觸液面時, 上下球剛好通過玻璃管連通 , 下球中的部分氣體進入上球, 兩部分氣體混合, 當上、下球中壓強一致時, 失去氣體壓力支持的液體將在自身重力的作用下倒流回下球, 飲水鳥的重心再次下移, 於是漸漸直立起來, 回到初始狀態。由於“喝水”時, 鳥嘴接觸水面, 沾濕了裹鳥頭的布,於是它又開始” 喝水“。飲水鳥內部變化的原理與超導體熱管一樣，通過氣化液化傳遞熱能，實際蒸汽的溫度並無大的變化。
工作流程
a.頭部受冷，氣壓下降，尾部的液體因為吸力沿頸部上升。這樣頭的重量在增加，尾部的重量在減輕，重心位置發生變化，當重心超過腳架支點而移向頭部時，鳥就俯下身到平衡位置。這個位置可以通過鳥嘴的重量來調試。
b.頭部降低，內部發生兩個變化。一是“飲水鳥”的嘴浸到了水，這樣鳥頭被打濕。二是上下的蒸汽區域連通，兩部分氣體混合，沒有了氣壓差，但由於吸收了周圍空氣的熱量，蒸汽的溫度略有上升。這時上升到頭部的液體，在本身的重量作用下流向下端尾部。
c.尾部變重，頭部向上翹，液體全部集中到尾部，同時，頭部的蒸汽因為剛粘到的水又開始冷卻。
原來“飲水鳥”頭部不斷蒸發所吸收的周圍空氣的熱量，就是這奇妙的“飲水鳥”能夠活動的原動力。。
失傳原因
余老師說，他第一次聽說這個玩具是幾年前在美國。因為工作關係，余老師經常參加美國的一個“中國古典益智遊戲基金會”所舉辦的遊戲年會。在參加這些年會時，余老師發現美國人竟然對這個玩具很有興趣，余老師後來在國內多方查找，但一直沒能找到。
據余老師介紹別萊利曼是在1936年撰寫的《趣味物理學續編》中提到這個玩具，另外日本東北大學教授酒井高南編著的《玩具與科學》中也提到過，也就意味著，這種“飲水鳥”至少是在上世紀30年代就已經存在了。但是它到底是誰發明的，在什麼時候發明的，都沒有文獻記載。
製作歷程
余老師說，有很多人提倡弘揚中國的傳統文化，中國古老的玩具就是一個極好的代表。我國有很多富有科學知識的古老玩具。跟電子遊戲相比，它們一樣有趣，並且不會使孩子們成天悶在房間裡，對身體健康和性格的形成都有好處。讓孩子們在玩這些玩具的同時，能知道一些科學知識。
孜孜不倦尋找線索的余俊雄
飲水鳥，現實中的傳說
2005年6月以來，北京市玩具協會的余俊雄老師就沒歇過。按照計畫，中國古玩具展覽即將在同年8月開幕。作為籌備委員的余俊雄一直在忙著為這次展覽四處蒐集展品。到了7月初，計畫中的各種展品大都就位，但余俊雄依然憂心忡忡，因為一件非常重要的展品還沒有眉目。余俊雄到底在尋找什麼呢？原來他尋尋覓覓著一種叫“飲水鳥”的玩具。飲水鳥是一種充滿神秘色彩的玩具鳥，據說只要在它的面前放上一點水，它就會不知疲倦地擺動不停。但是半個世紀以來，它卻銷聲匿跡於茫茫人海中，無論是余俊雄和他的同事，還是其他人，誰都沒有見過這種玩具鳥的廬山真面目。余俊雄對飲水鳥的最初印象，來自於一本蘇聯物理書——《趣味物理學》。書作者，當時蘇聯的科普作家別蘭迪曼，在書上記載著這樣一種鳥：只要有水喝，它就能不停地運動下去。於是從上個世紀70年代開始，余俊雄就踏上了尋找這神奇小鳥之路。他在尋找過程中發現，關於飲水鳥的記載和描述，大多出自國外研究者之手，而且他們都明確地稱之為“中國飲水鳥”。
自製飲水鳥
自製飲水鳥這種玩具鳥究竟是什麼樣子？它是否真的源自中國，是中國古人智慧的結晶？如果真是這樣，為什麼國內沒有相關的史料記載呢？
30年來，余俊雄查找了大量古籍資料，但始終沒能找到飲水鳥誕生的確切年代。在漫長的追尋中，他又聽到一個讓人稱奇的事情。東京大學教授寫的《科學與玩具》一書中，將飲水鳥和愛因斯坦聯繫在了一起。書中指出，當年有人將飲水鳥送給愛因斯坦，這位極具智慧的大師對這隻神奇的小鳥愛不釋手，還大吃一驚道：“永動機出現了！”後來還專門蒐集過這樣的飲水鳥。
既算不上是精美工藝品，也不是什麼高科技產品的小鳥，偏偏引起了一位現代物理學大師的關注。這個神奇玩具曾在愛因斯坦手中輾轉，它因此有了一個響噹噹的別稱；“讓愛因斯坦也吃驚的玩具”。從那時起，飲水鳥就已經名聲在外，有人叫它“來自中國的永動機”。
眾所周知，能量守恆原理已經被現代物理學反覆驗證，成為一條公認的原理。但飲水鳥聽上去似乎在挑戰這一理論：它既不用藉助機械等外力，也不用現代的電、磁等能量幫忙，只要面前放上普通的水，它就能運動不停……
可飲水鳥究竟靠什麼實現運動？飲水鳥的製作工藝是否流傳下來？現代還有人會做這種玩具嗎？余俊雄一直被這樣的疑問困擾著。
飲水鳥，千呼萬喚始出來
眼看著開展的日子一天天臨近，尋找這件古老玩具的工作卻絲毫沒有進展，余俊雄真是心急如焚。雖然不斷有同事勸他，不要再為這件玩具費心，但他還是不願意就此放棄。情急之下，余俊雄想到了一個辦法：藉助網路、報紙等媒體，擴大搜尋。
果然，尋找飲水鳥的訊息很快有了反饋，大量的信件和電話紛至沓來，其中一個網友發來的訊息讓余俊雄喜出望外，這位網友曾經在華北電力大學學習時，在實驗室看到過飲水鳥。於是，余俊雄第二天快馬加鞭地趕往位於河北保定的華北電力大學。在這所大學的物理實驗室中，他終於看到了這隻夢寐以求的小鳥。
余俊雄面前的這隻小鳥，無論是外形還是運動情況，都和史料中描述的非常相似。可它的內部結構是否也和古代飲水鳥一致呢？由於華北電力大學只有這么一個收藏，老師們從沒捨得打開過，其內部的結構自然也就不得而知了。但余俊雄明白，只有了解了小鳥肚子裡裝的究竟是什麼，才能清楚飲水鳥不停擺動的秘密。
儘管於俊雄還是心存不解，不過能找到這樣一隻玩具鳥已算是相當幸運了。既然學校不願意飲水鳥被帶走，那么拍張照片帶回北京也行。可就在余俊雄離開華北電力大學回到家中時，他接到一個讓他既興奮又吃驚的電話。華北電力大學一位上了年紀的老師提供了這樣一條線索：飲水鳥是學校從一位叫孫貴的瀋陽老工藝人那裡收購來的。緊接著，瀋陽的孫貴打來電話說，飲水鳥是他做的。
這真是“柳暗花明又一村”啊！可孫貴真的就是飲水鳥的製作者嗎？他和當年流傳世界的飲水鳥之間又有什麼關係呢？找到他，飲水鳥的秘密就能大白於天下嗎？
飲水鳥，終現廬山真面目
來自瀋陽的電話讓余俊雄半信半疑，但展出的日子迫在眉睫。為了不放過任何一點希望，他第二天一早就動身趕往瀋陽。
一走進孫貴的家，余俊雄好像進入了一個玩具鳥的世界。屋裡屋外，上上下下，都擺滿了五顏六色的玩具鳥。它們就是傳說中的飲水鳥嗎？孫貴就是飲水鳥的製作者嗎？
孫貴指著這些玩具鳥告訴余俊雄，這些鳥和他在華北電力大學見到的一樣，是他這些年斷斷續續製作出來的飲水鳥。琳琅滿目、樣式各異的飲水鳥，大量的文字材料，以及孫貴對製作時間的描述，都讓余俊雄相信孫貴就是這些飲水鳥的製作者。可孫貴的手藝又出自何處？
孫貴告訴余俊雄，這門手藝來源於幼年時對父親手藝的零星回憶。那個時候的孫貴家，到處瀰漫著股乙醚味，孫貴就是憑藉著這些記憶，一邊回憶，一邊摸索製作飲水鳥。
孫貴和他製作的飲水鳥
飲水鳥絕不是什麼永動機，它實際上是巧妙利用了物理學裡的熱力學原理。由於乙醚很容易揮發，而飲水鳥一頭一尾的溫度差異，能讓玻璃管里的乙醚蒸汽的分布發生變化，從而改變飲水鳥的重心。而飲水鳥不斷喝水，又會被水不斷打濕頭部，頭部水分的蒸發吸收了周圍空氣的熱量，再次產生溫度差異，這就促使飲水鳥能夠不停地活動。
隨後的試驗中，孫貴還發現：無論是加乙醚還是酒，甚至普通的水，飲水鳥都能運動不停。只不過乙醚的揮發性更強，飲水鳥的運動會更頻繁。這就很容易判斷出，古人在沒有乙醚的情況下很可能是加水或者酒製作的。
兩段玻璃管，一點乙醚，一些普通的棉花，就能製作出一隻不知疲倦的小鳥。這聽上去簡單，可要讓它不停歇地運動並不容易。為了從記憶中復原這隻小鳥，孫貴傾注巨大的心血，克服了許多困難。比如，飲水鳥平衡的難以掌握，加入乙醚份量的難以確定。當年的嘗試非常不順利，最初做出的小鳥有些運動持續時間非常短，有些則根本無法動彈。為了解決這些難題，孫貴不得不反覆試驗並求助一些物理老師，找規律，創平衡。
通過20多年的努力，孫貴終於掌握了一些製作竅門。要讓小鳥動起來，一是要把握好鳥兒身體裡乙醚的量，過多會讓身體太重，過少則無法帶動身體擺動。二是要找好小鳥身體的平衡點，最佳的支點才能保證小鳥運動自如。
由於空氣中濕度、溫度的變化，都會影響到飲水鳥頭部水分的蒸發速度，因此這隻小鳥還成了一名氣象預報員。
根據孫貴的回憶以及事先蒐集到的歷史資料，余俊雄推斷，至少在清代中期飲水鳥就已經誕生了。清楚了小鳥身體的具體構造，以及裡面蘊藏的東西，所有的謎團似乎慢慢清晰起來。
飲水鳥終於出現的展會上
為了保證在8月的中國古玩具展覽上，人們能看到樣式各異的飲水鳥，孫貴特地趕製出一批新的玩具鳥。2005年8月15日，這種曾經讓愛因斯坦也吃驚的神奇玩具終於在展會上露面，成為展會上最引人注目的一件展品。
失傳多年的“飲水鳥”現身南京
第19屆科普周開幕，失傳多年的中國古代玩具“飲水鳥”現身大行宮廣場，讓現場參觀的很多市民連連稱奇。
記者在現場看到，“飲水鳥”大約有10厘米高，鳥身是玻璃製成的，外面塗有綠色，看不到裡面情況。頭部用一層薄薄的棉布包著，身上貼著幾片黃色羽毛，前面放著一個小水盆。
專家用手將鳥嘴沾濕，小鳥立即開始不停地做俯仰動作，並且幅度越來越大，接著就一頭扎進水盆里喝水，很快又抬起頭來前俯後仰，循環往復，就像是一台“永動機”。本以為鳥的體內裝有電池，但觀眾們仔細查看後並沒有發現電池，“難道鳥的體內真的裝著永動機？要不然它怎么不斷地飲水呢？”但是永動機在科學理論上是不可能的，那么這到底是怎么回事呢？
看到大家疑惑不已，專家在現場揭開了奧秘。“飲水鳥”體內裝有易揮發的液體乙醚，在不動的情況下，尾部下半部分是液體乙醚，上半部分是氣體狀態。當有人往鳥頭部的棉布層沾冷水時，鳥頭部遇冷，吸收周圍空氣熱量，氣壓下降，尾部的液體因為吸力沿頸部上升。這樣一來，鳥頭部的重量在增加，尾部的重量在減輕，重心位置發生變化，於是就出現俯仰現象。當重心超過腳架支點而移向頭部時，鳥就會低頭，當嘴部接觸到水面時，水順著嘴部又上升到頭部，鳥頭又會變濕，此時，部分乙醚液體保存在中間玻璃管中，與下面的液體分離開來，但其位置仍是傾斜狀，液體又會流下來，鳥的身體直立。此時鳥的頭部已經變濕，於是又會再次出現上面的一幕，循環往復，直到盆中的水被鳥喝乾後，頭部不能再變濕，才不再低頭喝水。
原來，“飲水鳥”頭部不斷蒸發所吸收的周圍空氣的熱量，就是這奇妙的“飲水鳥”能夠活動的動力。正是因為它使用的是周圍人不易察覺到的能源，所以才會被人誤認為是“永動機”，難怪連愛因斯坦一見之下都被它唬住了。
國外資料
美國貝爾實驗室的Miles V. Sullivan和George H. Shackley於1946年在美國申請了專利。專利號為U.S. Patent 2,402,463。
但早在1936年，前蘇聯的別萊利曼寫的《趣味物理學續編》就已經提到這個玩具，因此真實的發明時間應該早於上個世紀30年代。Miles V. Sullivan和George H. Shackley應是最先將其申請為專利的人，但並不是最初的發明人。
影視作品中的飲水鳥
1990年美國影片《變形黑俠》中，曾使用這一道具。
犯罪分子使用飲水鳥點燃打火機引發爆炸。