上周提到可以自動飲水的飲水鳥,要它起作用,得先將頭部沾濕,當頭部濕潤之後,水會蒸發,使得頭部的溫度下降,腹部的二氯甲烷沸點很低,頭部的二氯甲烷氣體會凝結成液態的二氯甲烷,頭部的二氯甲烷氣體變少,壓力降低,加上整隻飲水鳥是完全密封,下方的二氯甲烷液體便會開始向上爬升。
這情形就像用吸管喝汽水一樣,將吸管內的氣體吸走,壓力降低,汽水跟著吸管流進嘴裡。當液態的二氯甲烷經過玻璃管,吸到飲水鳥的頭部,頭部開始變重(如圖一),整個重心向上移,當重心高過支點後,飲水鳥的頭向下擺動,做出飲水的動作。
當飲水鳥低頭飲水,中間的玻璃管趨近水平,直通到腹部的玻璃管口,慢慢地從液態二氯甲烷的水平面露出來,頭部和腹部玻璃球內的氣體開始流動,造成兩邊的氣壓一致,於是沒有足夠的壓力差將液態二氯甲烷吸到頭部,頭部的液態二氯甲烷回流腹部,重心回到原來的位置,腹部下降,頭又抬了起來,完成了一次的循環。只要杯子內持續有水,飲水鳥就會重覆地點頭飲水。
飲水鳥在美國是赫赫有名的玩具,報章雜誌經常出現,不算是失傳的古代玩具。著名電視卡通劇辛普森家庭(The Simpsons)、一九七三年的電影傻瓜大鬧科學城(Sleeper)、一九九○年魔俠震天雷(Darkman)都出現過飲水鳥。
一隻看似簡單的飲水鳥包含了不少的物理,把它當作基本物理科學的展示就足夠了,下回在賣場看到飲水鳥,讀者可以買回家試試,也許會啟發一些新點子,讓你的物理科學更加有趣。(下)