饮水鸟

中国古代玩具
饮水鸟，国外科普读物中记载，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。中国古代玩具饮水鸟类似永动机的状态曾经让大科学家爱因斯坦也惊叹不已。“饮水鸟”的形象最后一次公开出现是在上世纪30年代时一本国外的科普读物上，之后就销声匿迹了。
内容简介
中国古代玩具饮水鸟类似永动机的状态曾经让大科学家爱因斯坦也惊叹不已。“饮水鸟”的形象最后一次公开出现是在上世纪30年代时一本国外的科普读物上，之后就销声匿迹了。
饮水鸟
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，又会直立起来。就这样，它不停地点头喝水，这到底是怎么回事呢？
这一点连当代最伟大的科学家爱因斯坦都为它吃惊。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，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”。
原理
这种玩具不是一种利用环境中热能的第二类永动机。”饮水鸟“是一种遵守热力学定律的典型热机，它之所以能不停地点头喝水，是因为它利用了一些复杂的物理学原理。
饮水鸟的头和躯体分别为两个薄壁玻璃球( 以下简称“上球”和“ 下球”) , 其间以一根玻璃管连通, 内装乙醚液体, 构成一个密闭容器。由于乙醚液体易挥发,因此液面上方充满乙醚的饱和气。鸟头四周包有一层易吸水的布。平时, 鸟身略向前倾。启动时给鸟头滴少许水, 布上的水在蒸发时大量吸热, 使上球内的乙醚饱和气在降温的同时降压，又因为温度降低乙醚蒸汽变得过饱和了，有少量乙醚蒸汽凝结成液体，乙醚蒸汽的量变少，气体体积进一步缩小，并放热阻止温度降低, 此时下球中的饱和气压大于上球中的气压, 下球中的乙醚液体沿玻璃管往上压,下球压强变小，里面的蒸汽变的不饱和，少量乙醚汽化，下球里的乙醚蒸汽的量变大，同时从乙醚液体吸热， 于是整个鸟的重心上移, 从而打破了支点的平衡状态。鸟身随上升的乙醚液体逐渐前倾, 当鸟嘴接触液面时, 上下球刚好通过玻璃管连通 , 下球中的部分气体进入上球, 两部分气体混合, 当上、下球中压强一致时, 失去气体压力支持的液体将在自身重力的作用下倒流回下球, 饮水鸟的重心再次下移, 于是渐渐直立起来, 回到初始状态。由于“喝水”时, 鸟嘴接触水面, 沾湿了裹鸟头的布,于是它又开始” 喝水“。饮水鸟内部变化的原理与超导体热管一样，通过汽化液化传递热能，实际蒸汽的温度并无大的变化。
工作流程
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。
失传原因
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。
制作历程
余老师说，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。
孜孜不倦寻找线索的余俊雄
饮水鸟，现实中的传说
自制饮水鸟
2005年6月以来，北京市玩具协会的余俊雄老师就没歇过。按照计划，中国古玩具展览即将在同年8月开幕。作为筹备委员的余俊雄一直在忙着为这次展览四处搜集展品。到了7月初，计划中的各种展品大都就位，但余俊雄依然忧心忡忡，因为一件非常重要的展品还没有眉目。余俊雄到底在寻找什么呢？原来他寻寻觅觅着一种叫“饮水鸟”的玩具。饮水鸟是一种充满神秘色彩的玩具鸟，据说只要在它的面前放上一点水，它就会不知疲倦地摆动不停。但是半个世纪以来，它却销声匿迹于茫茫人海中，无论是余俊雄和他的同事，还是其他人，谁都没有见过这种玩具鸟的庐山真面目。余俊雄对饮水鸟的最初印象，来自于一本苏联物理书——《趣味物理学》。书作者，当时苏联的科普作家别兰迪曼，在书上记载着这样一种鸟：只要有水喝，它就能不停地运动下去。于是从上个世纪70年代开始，余俊雄就踏上了寻找这神奇小鸟之路。他在寻找过程中发现，关于饮水鸟的记载和描述，大多出自国外研究者之手，而且他们都明确地称之为“中国饮水鸟”。
这种玩具鸟究竟是什么样子？它是否真的源自中国，是中国古人智慧的结晶？如果真是这样，为什么国内没有相关的史料记载呢？
30年来，余俊雄查找了大量古籍资料，但始终没能找到饮水鸟诞生的确切年代。在漫长的追寻中，他又听到一个让人称奇的事情。东京大学教授写的《科学与玩具》一书中，将饮水鸟和爱因斯坦联系在了一起。书中指出，当年有人将饮水鸟送给爱因斯坦，这位极具智慧的大师对这只神奇的小鸟爱不释手，还大吃一惊道：“永动机出现了！”后来还专门搜集过这样的饮水鸟。
既算不上是精美工艺品，也不是什么高科技产品的小鸟，偏偏引起了一位现代物理学大师的关注。这个神奇玩具曾在爱因斯坦手中辗转，它因此有了一个响当当的别称；“让爱因斯坦也吃惊的玩具”。从那时起，饮水鸟就已经名声在外，有人叫它“来自中国的永动机”。
众所周知，能量守恒原理已经被现代物理学反复验证，成为一条公认的原理。但饮水鸟听上去似乎在挑战这一理论：它既不用借助机械等外力，也不用现代的电、磁等能量帮忙，只要面前放上普通的水，它就能运动不停……
可饮水鸟究竟靠什么实现运动？饮水鸟的制作工艺是否流传下来？现代还有人会做这种玩具吗？余俊雄一直被这样的疑问困扰着。
饮水鸟，千呼万唤始出来
眼看着开展的日子一天天临近，寻找这件古老玩具的工作却丝毫没有进展，余俊雄真是心急如焚。虽然不断有同事劝他，不要再为这件玩具费心，但他还是不愿意就此放弃。情急之下，余俊雄想到了一个办法：借助网络、报纸等媒体，扩大搜寻。
果然，寻找饮水鸟的消息很快有了反馈，大量的信件和电话纷至沓来，其中一个网友发来的消息让余俊雄喜出望外，这位网友曾经在华北电力大学学习时，在实验室看到过饮水鸟。于是，余俊雄第二天快马加鞭地赶往位于河北保定的华北电力大学。在这所大学的物理实验室中，他终于看到了这只梦寐以求的小鸟。
余俊雄面前的这只小鸟，无论是外形还是运动情况，都和史料中描述的非常相似。可它的内部结构是否也和古代饮水鸟一致呢？由于华北电力大学只有这么一个收藏，老师们从没舍得打开过，其内部的结构自然也就不得而知了。但余俊雄明白，只有了解了小鸟肚子里装的究竟是什么，才能清楚饮水鸟不停摆动的秘密。
尽管于俊雄还是心存不解，不过能找到这样一只玩具鸟已算是相当幸运了。既然学校不愿意饮水鸟被带走，那么拍张照片带回北京也行。可就在余俊雄离开华北电力大学回到家中时，他接到一个让他既兴奋又吃惊的电话。华北电力大学一位上了年纪的老师提供了这样一条线索：饮水鸟是学校从一位叫孙贵的沈阳老工艺人那里收购来的。紧接着，沈阳的孙贵打来电话说，饮水鸟是他做的。
这真是“柳暗花明又一村”啊！可孙贵真的就是饮水鸟的制作者吗？他和当年流传世界的饮水鸟之间又有什么关系呢？找到他，饮水鸟的秘密就能大白于天下吗？
饮水鸟，终现庐山真面目
来自沈阳的电话让余俊雄半信半疑，但展出的日子迫在眉睫。为了不放过任何一点希望，他第二天一早就动身赶往沈阳。
一走进孙贵的家，余俊雄好像进入了一个玩具鸟的世界。屋里屋外，上上下下，都摆满了五颜六色的玩具鸟。它们就是传说中的饮水鸟吗？孙贵就是饮水鸟的制作者吗？
孙贵指着这些玩具鸟告诉余俊雄，这些鸟和他在华北电力大学见到的一样，是他这些年断断续续制作出来的饮水鸟。琳琅满目、样式各异的饮水鸟，大量的文字材料，以及孙贵对制作时间的描述，都让余俊雄相信孙贵就是这些饮水鸟的制作者。可孙贵的手艺又出自何处？
孙贵告诉余俊雄，这门手艺来源于幼年时对父亲手艺的零星回忆。那个时候的孙贵家，到处弥漫着股乙醚味，孙贵就是凭借着这些记忆，一边回忆，一边摸索制作饮水鸟。
孙贵和他制作的饮水鸟
饮水鸟绝不是什么永动机，它实际上是巧妙利用了物理学里的热力学原理。由于乙醚很容易挥发，而饮水鸟一头一尾的温度差异，能让玻璃管里的乙醚蒸汽的分布发生变化，从而改变饮水鸟的重心。而饮水鸟不断喝水，又会被水不断打湿头部，头部水分的蒸发吸收了周围空气的热量，再次产生温度差异，这就促使饮水鸟能够不停地活动。
随后的试验中，孙贵还发现：无论是加乙醚还是酒，甚至普通的水，饮水鸟都能运动不停。只不过乙醚的挥发性更强，饮水鸟的运动会更频繁。这就很容易判断出，古人在没有乙醚的情况下很可能是加水或者酒制作的。
两段玻璃管，一点乙醚，一些普通的棉花，就能制作出一只不知疲倦的小鸟。这听上去简单，可要让它不停歇地运动并不容易。为了从记忆中复原这只小鸟，孙贵倾注巨大的心血，克服了许多困难。比如，饮水鸟平衡的难以掌握，加入乙醚份量的难以确定。当年的尝试非常不顺利，最初做出的小鸟有些运动持续时间非常短，有些则根本无法动弹。为了解决这些难题，孙贵不得不反复试验并求助一些物理老师，找规律，创平衡。
通过20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，一是要把握好鸟儿身体里乙醚的量，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。
由于空气中湿度、温度的变化，都会影响到饮水鸟头部水分的蒸发速度，因此这只小鸟还成了一名气象预报员。
根据孙贵的回忆以及事先搜集到的历史资料，余俊雄推断，至少在清代中期饮水鸟就已经诞生了。清楚了小鸟身体的具体构造，以及里面蕴藏的东西，所有的谜团似乎慢慢清晰起来。
饮水鸟终于出现的展会上
为了保证在8月的中国古玩具展览上，人们能看到样式各异的饮水鸟，孙贵特地赶制出一批新的玩具鸟。2005年8月15日，这种曾经让爱因斯坦也吃惊的神奇玩具终于在展会上露面，成为展会上最引人注目的一件展品。
失传多年的“饮水鸟”现身南京
第19届科普周开幕，失传多年的中国古代玩具“饮水鸟”现身大行宫广场，让现场参观的很多市民连连称奇。
记者在现场看到，“饮水鸟”大约有10厘米高，鸟身是玻璃制成的，外面涂有绿色，看不到里面情况。头部用一层薄薄的棉布包着，身上贴着几片黄色羽毛，前面放着一个小水盆。
专家用手将鸟嘴沾湿，小鸟立即开始不停地做俯仰动作，并且幅度越来越大，接着就一头扎进水盆里喝水，很快又抬起头来前俯后仰，循环往复，就像是一台“永动机”。本以为鸟的体内装有电池，但观众们仔细查看后并没有发现电池，“难道鸟的体内真的装着永动机？要不然它怎么不断地饮水呢？”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？
看到大家疑惑不已，专家在现场揭开了奥秘。“饮水鸟”体内装有易挥发的液体乙醚，在不动的情况下，尾部下半部分是液体乙醚，上半部分是气体状态。当有人往鸟头部的棉布层沾冷水时，鸟头部遇冷，吸收周围空气热量，气压下降，尾部的液体因为吸力沿颈部上升。这样一来，鸟头部的重量在增加，尾部的重量在减轻，重心位置发生变化，于是就出现俯仰现象。当重心超过脚架支点而移向头部时，鸟就会低头，当嘴部接触到水面时，水顺着嘴部又上升到头部，鸟头又会变湿，此时，部分乙醚液体保存在中间玻璃管中，与下面的液体分离开来，但其位置仍是倾斜状，液体又会流下来，鸟的身体直立。此时鸟的头部已经变湿，于是又会再次出现上面的一幕，循环往复，直到盆中的水被鸟喝干后，头部不能再变湿，才不再低头喝水。
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”能够活动的动力。正是因为它使用的是周围人不易察觉到的能源，所以才会被人误认为是“永动机”，难怪连爱因斯坦一见之下都被它唬住了。
国外资料
美国贝尔实验室的Miles V. Sullivan和George H. Shackley于1946年在美国申请了专利。专利号为U.S.Patent 2,402,463。
但早在1936年，前苏联的别莱利曼写的《趣味物理学续编》就已经提到这个玩具，因此真实的发明时间应该早于上个世纪30年代。Miles V. Sullivan和George H. Shackley应是最先将其申请为专利的人，但并不是最初的发明人。
影视作品
变形黑侠
1990年美国影片《变形黑侠》中，曾使用这一道具。
犯罪分子使用饮水鸟点燃打火机引发爆炸。
名侦探柯南
在日本著名漫画改编侦探片《名侦探柯南》影视中出现过。
TV999寻找玛莉亚！（下集）