曾令爱因斯坦大为吃惊:中国古代玩具饮水鸟(图)
7月份开始的大型“中国古典物理玩具展”已经进入了紧张的筹备阶段,据北京玩具协会益智玩具委员会主任余俊雄老师介绍,他们正在急于寻找一个已经失传的叫做“饮水鸟”的玩具,或者希望能有有心人把这种玩具“复活”,以便这个神奇的“饮水鸟”可以在展览上与孩子们见面。
古老玩具是永动机?
与余老师一见面,他就兴奋地跟我描述起了这个传说中的玩具。据余老师介绍,这种古老的中国玩具外形就像一只鸟,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。为了让人不能看清鸟身体里的秘密,它的身体被涂上了黑色。而它的神奇之处就是,在鸟的面前放上一杯水,鸟就会俯下身去,把嘴浸到水里,“喝”了一口后,又直立起来。可是直立一会儿它又会俯下身去,等到鸟嘴浸到了水,“喝”了一口,有会直立起来。就这样,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?
爱因斯坦也称奇
这一点连当代最伟大的科学家爱因斯坦都为它吃惊。余老师说,根据前苏联著名的科普作家别莱利曼编著的《趣味物理学续编》中提到,曾有人将这个涂了颜色、看不见内部奥秘的“饮水鸟”赠送给爱因斯坦博士,并对他说,科学家不是说永动机是不可能的吗,现在就让你瞧瞧这台永动机。当爱因斯坦看过并明白其原理时,真的十分惊叹“饮水鸟”的设计巧妙。因此这个玩具就被别人叫做“爱因斯坦也吃惊的玩具”。
充满奥秘的冒牌永动机
当然这种玩具并不是永动机,它之所以能不停地点头喝水,是因为它包含着复杂的物理学原理。原来“饮水鸟”内的液体是乙醚一类易挥发的液体,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剧烈的改变。
a.头部受冷,气压下降,尾部的液体因为吸力沿颈部上升。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,当重心超过脚架支点而移向头部时,鸟就俯下身到平衡位置。这个位置可以通过鸟嘴的重量来调试。
b.头部降低,内部发生两个变化。一是“饮水鸟”的嘴浸到了水,这样鸟头被打湿。二是上下的蒸汽区域连通,两部分气体混合,没有了气压差,但由于吸收了周围空气的热量,蒸汽的温度略有上升。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。
c.尾部变重,头部向上翘,液体全部集中到尾部,同时,头部的蒸汽因为刚粘到的水又开始冷却。
原来“饮水鸟”头部不断蒸发所吸收的周围空气的热量,就是这奇妙的“饮水鸟”能够活动的原动力。正是因为它使用的是周围察觉不到的能源,所以才会被人误认为是永动机。
失传原因不明
余老师说,他第一次听说这个玩具是几年前在美国。因为工作关系,余老师经常参加美国的一个“中国古典益智游戏基金会”所举办的游戏年会。在参加这些年会时,余老师发现美国人竟然对这个玩具很有兴趣,余老师后来在国内多方查找,但一直没能找到。
据余老师介绍别莱利曼是在1936年撰写的《趣味物理学续编》中提到这个玩具,另外日本东北大学教授酒井高南编著的《玩具与科学》中也提到过,也就意味着,这种“饮水鸟”至少是在上世纪30年代就已经存在了。但是它到底是谁发明的,在什么时候发明的,都没有文献记载。
古老玩具代表传统文化
余老师说,现在有很多人提倡弘扬中国的传统文化,中国古老的玩具就是一个极好的代表。我国有很多富有科学知识的古老玩具。跟现在的电子游戏相比,它们一样有趣,并且不会使孩子们成天闷在房间里,对身体健康和性格的形成都有好处。让孩子们在玩这些玩具的同时,能知道一些科学知识。
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