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一个古代中国玩具,让爱因斯坦想不通:它是什么神奇发明

 limy133 2019-12-06

“永动机”这一名词在现代世界不足为奇,现代社会的大多数人都清楚明白永动机是不可能造出来的,这是人类的一个美好幻想。但在十九世纪,这一理念席卷乌托邦主义兴盛的时代,在那个科学并未形成常识、教育仍在启蒙的时代,虽然科学家们早已确立了能量守恒这一定律,但依然有人相信永动机的存在,并有许多人为此执着。

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苏联科普作家别莱利曼在他的日记里写道:上个世纪三十年代,有人拿了一只图了颜色的“饮水鸟”送给爱因斯坦,并说:“都说世界上不可能有永动机的,但你看看这个中国的饮水鸟是不是永动机?”爱因斯坦看见了大吃一惊,然后开始琢磨,当他明白饮水鸟的构造和运动原理时,不由得惊叹这项设计的巧妙。

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看到这儿是不是有点奇怪:“永动机明明不可能造出来啊!这小鸟怎么还能永不停歇地饮水呢?为何爱因斯坦还间接承认永动机的存在了呢?”别急,接下来让我们探究一下这“饮水鸟”的设计原理,并借此看看大千物理世界的美丽多彩。

我们先看这饮水鸟的构造。它主要是由四部分组成:一个小球,一个大球,连接两球的玻璃管,还有一个支点。小球是鸟头,大球是鸟的身体,玻璃管是鸟腿,支点将鸟的身体连接起来,形成一个密闭的空间。

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然后顺着玻璃管往鸟身体里倒一点酒精,酒精容易挥发,所以整个鸟身体里面都会充满了挥发的乙醚气体。当鸟头碰到水以后,外面的布开始湿润,水蒸气开始蒸发。而水蒸气的蒸发过程是吸热的,所以小鸟头部的小球里,气压开始变小。大球里面的气压此时会大于小球里面的气压,大球里面的乙醚气体就开始向小球移动,小球的乙醚气体越来越多,质量就会越来越大,这时候鸟头开始慢慢的靠近水面。

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当鸟头到了水面的时候,玻璃管子的底部露了出来,小球和大球之间的空间就形成了一个整体。又因为“虹吸”的原理,小球的乙醚气体又流回大球里面,当大球里面的乙醚气体多了,鸟的重心开始改变,鸟身就可以自立起来。

这样看来,饮水鸟的结构和原理其实很简单,它用的是物理力学与热学能量守恒的原理,把蒸发所吸收的周围空气的热量转换成了机械动能。而有关饮水鸟的制作,则需要制作者通过无数次实验,把握住饮水鸟身体里那个支点掌控平衡,再控制酒精加入的量,这样,小鸟就能永不停歇地饮水了。

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当然,由于外界空气中湿度、温度的变化,都会影响到饮水鸟头部的水分蒸发速度,这样的话,我们根据小鸟喝水的频率还可以推测外界天气的变化,这又和现在流行的空气瓶的作用原理很相似。这个现在看起来原理很简单的小玩具,却在百年前让爱因斯坦都沉迷不已,真令人不由得感叹中国古人的智慧啊!

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这件奇妙玩具的制作原理被苏联科普作家别莱利曼所记载在他的《趣味物理学》一书中,别莱利曼就有如此神奇的魔力,让枯燥的物理学突然改变了面貌,变得极其有趣。物理之趣味被别莱利曼以轻松活泼的方式展现出来,他对永动机这部分知识的趣味解答令人印象深刻,记录的语言轻松幽默,让人不由得心生好感。

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由别莱利曼编撰的《趣味物理学(少儿彩绘版)》一书,包括《走进物理世界》、《探索物理奥秘》、《玩转物理实验》三本,是一套世界青少年经典科普读物。它里面描绘了与生活息息相关的物理现象,妙趣横生的同时也将缜密的物理知识介绍给读者,加深对物理知识点的了解,并对物理产生浓厚的兴趣,让读者学会自主分析生活中出现的物理现象与难题。

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