200年的玩具,爱因斯坦玩了3个月也不知道原理

作者: 实验君

来源: 把科学带回家

发布日期: 2019-09-13

介绍了一个具有200年历史的玩具——喝水鸟,爱因斯坦曾对其原理感到困惑,探讨了其历史、构造和运作原理。

今天介绍一个非常有趣的玩具,许多人在不明原理的情况下,还会以为它是永动机。爱因斯坦访问上海的时候,就曾对这个玩具感到有趣,不过他研究了3个半月,还是没有想出它的原理。你能尝试在不看答案的情况下,发现它的运作机制吗?

这个玩具有很长的历史,早在18世纪,德国的匠人就制造出了喝水鸟的前身——脉冲榔头。

1767年美国开国元勋,科学家本杰明·富兰克访问德国的时候,就注意到了这个玩具,并把它带到了美国,并进行了改良。富兰克林的这个版本,后来叫做富兰克林的手掌玻璃瓶。1872年,意大利物理学家 Enrico Bernardi 对富兰克林的脉冲榔头再次进行了改造。不过它的现代版本是贝尔实验室的科学家 Miles V. Sullivan 设计的,并在1945年申请了专利。

Sullivan 是一位半导体制造方面的专家,不过他也超爱设计玩具。

根据1962年11月25日的 This Week Magazine 的报道,美国总统,同时也是工程师的赫伯特·胡佛就对这 个玩具赞不绝口。Yakov Perelman 编著的《趣味物理学续编》中的永不满足的小鸟。根据前苏联科普作家 Yakov Perelman 编著的《趣味物理学续编》介绍,我国曾经也有类似的玩具。

爱因斯坦1922年访问上海的时候,就对这个叫做永不满足的小鸟的玩具很着迷。但是他研究了这个玩具3个半月,但最终也没有想通它的原理。

实际上,如果把鸟头的帽子拿掉,会看到喝水鸟的头部是一个玻璃球。如果用几滴酒精滴在玻璃球上面让它降温,下方的液体就会上涌,改变鸟鸟的重心位置,使它低头。鸟肚子里的液体是二氯甲烷或者乙醚,它们都是低沸点的有机溶剂。

鸟头的尖尖里有一根管子通到鸟肚子里,当时这些液体就是这样被注入的。注入液体后,液体被冻成固体,然后管子就被抽真空,尖头被封住了。由于二氯甲烷沸点低,一个大气压时沸点只有39摄氏度,很容易蒸发。它蒸发成气体填满了鸟鸟的头部。

为了让鸟头更好地降温,鸟头的材料一般容易吸水,蒸发的水分带走热量(大概降低0.3摄氏度),使鸟头里的二氯甲烷蒸汽凝结。明白了喝水鸟的原理,你就能知道,如果加热鸟肚子,鸟肚子里的气体压强变大,液体也会上头让鸟低头鞠躬。对了,2019年浙江中考丽水卷就出了喝水鸟的题——实际上,喝水鸟是一种热机,也就是把热能转化为机械能的机器。

喝水鸟和19世纪的热机 Minto wheel 的原理有些类似。既然是这么好用的热机,机智的网友争先恐后地开发了喝水鸟的实用性。喝水鸟发明人:我发明了给杯水就能永远磕头的小鸟,我真是个天才啊!喝水鸟内心OS:你试试 Loop (if 脑袋一凉 then 就想吐,if 呕到嘴巴里 then 再咽回去)。

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