這是一種利用蒸發驅動的小玩具,人們一般叫它“喝水鳥”(Drinking bird)。長相極其呆萌:
(眼神宛如智障……)
如果把它湊近一杯高度合适的水,然後讓鳥嘴先在水中沾濕,然後你就可以看到它自己開始搖搖晃晃地喝起水來,場面非常歡樂:
所以,這是怎麼做到的?
首先先來看下“喝水鳥”的構造。這個東西其實是裝在架子上的一個密封玻璃容器,結構如下圖:
“鳥頭”和“鳥肚子”中間由一根玻璃管連接,“鳥肚子”裡有一些容易揮發的液體(例如一般是二氯甲烷,沸點39.6 °C),玻璃管的下端浸入液體中。與“鳥頭”連接的“鳥嘴”覆蓋着可吸水的氈狀材料。
裝置制造時抽走了空氣,因此充斥空腔部分的是液體揮發的蒸汽。在鳥肚子和鳥頭部分的空腔都充斥着蒸汽,注意這兩部分氣體是被液體隔開的。一開始這兩部分蒸汽氣壓平衡。
接下來,首先需要手動把鳥嘴沾濕,然後鳥嘴上的氈狀材料裡面吸的水蒸發,蒸發導緻小鳥的頭部降溫。
在熱成像下可以看到小鳥頭部的溫度下降:
頭部降溫導緻上方玻璃空腔裡面的蒸汽壓強降低(一方面是部分蒸汽冷凝,另一方面溫度下降體積不變本身也會讓氣壓降低),這樣就打破了原來的平衡。下方空腔部分的氣壓較高,下方的液體被壓入玻璃管中。
液體上升之後,小鳥變得重心不穩,會向前倒。而傾斜之後,玻璃管的下端會跑到液面的上方,導緻管中的液體流回下方,上下氣壓也重新變得平衡。液體回到下端之後,又會帶動小鳥會到直立狀态。
而如果小鳥的前方放了水,那麼在向前倒的時候它的嘴又會被水浸濕,上述循環還會繼續發生。這樣一來,“喝水鳥”就可以持續喝水動作了。
這個小玩具可以幫助人們了解一些基本的物理概念,不過我覺得它最大的優點還是十分魔性,視頻看起來尤其逗……
值得注意的是,喝水鳥并不是永動機,它必須不斷從外界獲取用于蒸發的水才能維持運動。
熱成像和示意圖來自:Sixty Symbols
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