飲水鳥:中國古代玩具-中文百科頻道

原理

這種玩具不是一種利用環境中熱能的第二類永動機。”飲水鳥“是一種遵守熱力學定律的典型熱機，它之所以能不停地點頭喝水，是因為它利用了一些複雜的物理學原理。

飲水鳥的頭和軀體分别為兩個薄壁玻璃球( 以下簡稱“上球”和“ 下球”) , 其間以一根玻璃管連通, 内裝乙醚液體, 構成一個密閉容器。由于乙醚液體易揮發,因此液面上方充滿乙醚的飽和氣。鳥頭四周包有一層易吸水的布。平時, 鳥身略向前傾。啟動時給鳥頭滴少許水, 布上的水在蒸發時大量吸熱, 使上球内的乙醚飽和氣在降溫的同時降壓，又因為溫度降低乙醚蒸汽變得過飽和了，有少量乙醚蒸汽凝結成液體，乙醚蒸汽的量變少，氣體體積進一步縮小，并放熱阻止溫度降低, 此時下球中的飽和氣壓大于上球中的氣壓, 下球中的乙醚液體沿玻璃管往上壓,下球壓強變小，裡面的蒸汽變的不飽和，少量乙醚氣化，下球裡的乙醚蒸汽的量變大，同時從乙醚液體吸熱，于是整個鳥的重心上移, 從而打破了支點的平衡狀态。鳥身随上升的乙醚液體逐漸前傾, 當鳥嘴接觸液面時, 上下球剛好通過玻璃管連通 , 下球中的部分氣體進入上球, 兩部分氣體混合, 當上、下球中壓強一緻時, 失去氣體壓力支持的液體将在自身重力的作用下倒流回下球, 飲水鳥的重心再次下移, 于是漸漸直立起來, 回到初始狀态。由于“喝水”時, 鳥嘴接觸水面, 沾濕了裹鳥頭的布,于是它又開始” 喝水“。飲水鳥内部變化的原理與超導體熱管一樣，通過氣化液化傳遞熱能，實際蒸汽的溫度并無大的變化。

失傳原因不明

餘老師說，他第一次聽說這個玩具是幾年前在美國。因為工作關系，餘老師經常參加美國的一個“中國古典益智遊戲基金會”所舉辦的遊戲年會。在參加這些年會時，餘老師發現美國人竟然對這個玩具很有興趣，餘老師後來在國内多方查找，但一直沒能找到。

據餘老師介紹别萊利曼是在1936年撰寫的《趣味物理學續編》中提到這個玩具，另外日本東北大學教授酒井高南編着的《玩具與科學》中也提到過，也就意味着，這種“飲水鳥”至少是在上世紀30年代就已經存在了。但是它到底是誰發明的，在什麼時候發明的，都沒有文獻記載。

制作曆程

餘老師說，有很多人提倡弘揚中國的傳統文化，中國古老的玩具就是一個極好的代表。我國有很多富有科學知識的古老玩具。跟電子遊戲相比，它們一樣有趣，并且不會使孩子們成天悶在房間裡，對身體健康和性格的形成都有好處。讓孩子們在玩這些玩具的同時，能知道一些科學知識。

孜孜不倦尋找線索的餘俊雄

飲水鳥，現實中的傳說

2005年6月以來，北京市玩具協會的餘俊雄老師就沒歇過。按照計劃，中國古玩具展覽即将在同年8月開幕。作為籌備委員的餘俊雄一直在忙着為這次展覽四處搜集展品。到了7月初，計劃中的各種展品大都就位，但餘俊雄依然憂心忡忡，因為一件非常重要的展品還沒有眉目。

餘俊雄到底在尋找什麼呢？原來他尋尋覓覓着一種叫“飲水鳥”的玩具。飲水鳥是一種充滿神秘色彩的玩具鳥，據說隻要在它的面前放上一點水，它就會不知疲倦地擺動不停。但是半個世紀以來，它卻銷聲匿迹于茫茫人海中，無論是餘俊雄和他的同事，還是其他人，誰都沒有見過這種玩具鳥的廬山真面目。餘俊雄對飲水鳥的最初印象，來自于一本蘇聯物理書——《趣味物理學》。書作者，當時蘇聯的科普作家别蘭迪曼，在書上記載着這樣一種鳥：隻要有水喝，它就能不停地運動下去。于是從上個世紀70年代開始，餘俊雄就踏上了尋找這神奇小鳥之路。他在尋找過程中發現，關于飲水鳥的記載和描述，大多出自國外研究者之手，而且他們都明确地稱之為“中國飲水鳥”。

這種玩具鳥究竟是什麼樣子？它是否真的源自中國，是中國古人智慧的結晶？如果真是這樣，為什麼國内沒有相關的史料記載呢？

30年來，餘俊雄查找了大量古籍資料，但始終沒能找到飲水鳥誕生的确切年代。在漫長的追尋中，他又聽到一個讓人稱奇的事情。東京大學教授寫的《科學與玩具》一書中，将飲水鳥和愛因斯坦聯系在了一起。書中指出，當年有人将飲水鳥送給愛因斯坦，這位極具智慧的大師對這隻神奇的小鳥愛不釋手，還大吃一驚道：“永動機出現了！”後來還專門搜集過這樣的飲水鳥。

既算不上是精美工藝品，也不是什麼高科技産品的小鳥，偏偏引起了一位現代物理學大師的關注。這個神奇玩具曾在愛因斯坦手中輾轉，它因此有了一個響當當的别稱；“讓愛因斯坦也吃驚的玩具”。從那時起，飲水鳥就已經名聲在外，有人叫它“來自中國的永動機”。

衆所周知，能量守恒原理已經被現代物理學反複驗證，成為一條公認的原理。但飲水鳥聽上去似乎在挑戰這一理論：它既不用借助機械等外力，也不用現代的電、磁等能量幫忙，隻要面前放上普通的水，它就能運動不停……

可飲水鳥究竟靠什麼實現運動？飲水鳥的制作工藝是否流傳下來？現代還有人會做這種玩具嗎？餘俊雄一直被這樣的疑問困擾着。

飲水鳥，千呼萬喚始出來

眼看着開展的日子一天天臨近，尋找這件古老玩具的工作卻絲毫沒有進展，餘俊雄真是心急如焚。雖然不斷有同事勸他，不要再為這件玩具費心，但他還是不願意就此放棄。情急之下，餘俊雄想到了一個辦法：借助網絡、報紙等媒體，擴大搜尋。

果然，尋找飲水鳥的消息很快有了反饋，大量的信件和電話紛至沓來，其中一個網友發來的消息讓餘俊雄喜出望外，這位網友曾經在華北電力大學學習時，在實驗室看到過飲水鳥。于是，餘俊雄第二天快馬加鞭地趕往位于河北保定的華北電力大學。在這所大學的物理實驗室中，他終于看到了這隻夢寐以求的小鳥。

餘俊雄面前的這隻小鳥，無論是外形還是運動情況，都和史料中描述的非常相似。可它的内部結構是否也和古代飲水鳥一緻呢？由于華北電力大學隻有這麼一個收藏，老師們從沒舍得打開過，其内部的結構自然也就不得而知了。但餘俊雄明白，隻有了解了小鳥肚子裡裝的究竟是什麼，才能清楚飲水鳥不停擺動的秘密。

盡管于俊雄還是心存不解，不過能找到這樣一隻玩具鳥已算是相當幸運了。既然學校不願意飲水鳥被帶走，那麼拍張照片帶回北京也行。可就在餘俊雄離開華北電力大學回到家中時，他接到一個讓他既興奮又吃驚的電話。華北電力大學一位上了年紀的老師提供了這樣一條線索：飲水鳥是學校從一位叫孫貴的沈陽老工藝人那裡收購來的。緊接着，沈陽的孫貴打來電話說，飲水鳥是他做的。

這真是“柳暗花明又一村”啊！可孫貴真的就是飲水鳥的制作者嗎？他和當年流傳世界的飲水鳥之間又有什麼關系呢？找到他，飲水鳥的秘密就能大白于天下嗎？

飲水鳥，終現廬山真面目

來自沈陽的電話讓餘俊雄半信半疑，但展出的日子迫在眉睫。為了不放過任何一點希望，他第二天一早就動身趕往沈陽。

一走進孫貴的家，餘俊雄好像進入了一個玩具鳥的世界。屋裡屋外，上上下下，都擺滿了五顔六色的玩具鳥。它們就是傳說中的飲水鳥嗎？孫貴就是飲水鳥的制作者嗎？

孫貴指着這些玩具鳥告訴餘俊雄，這些鳥和他在華北電力大學見到的一樣，是他這些年斷斷續續制作出來的飲水鳥。琳琅滿目、樣式各異的飲水鳥，大量的文字材料，以及孫貴對制作時間的描述，都讓餘俊雄相信孫貴就是這些飲水鳥的制作者。可孫貴的手藝又出自何處？

孫貴告訴餘俊雄，這門手藝來源于幼年時對父親手藝的零星回憶。那個時候的孫貴家，到處彌漫着股乙醚味，孫貴就是憑借着這些記憶，一邊回憶，一邊摸索制作飲水鳥。

孫貴和他制作的飲水鳥

飲水鳥絕不是什麼永動機，它實際上是巧妙利用了物理學裡的熱力學原理。由于乙醚很容易揮發，而飲水鳥一頭一尾的溫度差異，能讓玻璃管裡的乙醚蒸汽的分布發生變化，從而改變飲水鳥的重心。而飲水鳥不斷喝水，又會被水不斷打濕頭部，頭部水分的蒸發吸收了周圍空氣的熱量，再次産生溫度差異，這就促使飲水鳥能夠不停地活動。

随後的試驗中，孫貴還發現：無論是加乙醚還是酒，甚至普通的水，飲水鳥都能運動不停。隻不過乙醚的揮發性更強，飲水鳥的運動會更頻繁。這就很容易判斷出，古人在沒有乙醚的情況下很可能是加水或者酒制作的。

兩段玻璃管，一點乙醚，一些普通的棉花，就能制作出一隻不知疲倦的小鳥。這聽上去簡單，可要讓它不停歇地運動并不容易。為了從記憶中複原這隻小鳥，孫貴傾注巨大的心血，克服了許多困難。比如，飲水鳥平衡的難以掌握，加入乙醚份量的難以确定。當年的嘗試非常不順利，最初做出的小鳥有些運動持續時間非常短，有些則根本無法動彈。為了解決這些難題，孫貴不得不反複試驗并求助一些物理老師，找規律，創平衡。

通過20多年的努力，孫貴終于掌握了一些制作竅門。要讓小鳥動起來，一是要把握好鳥兒身體裡乙醚的量，過多會讓身體太重，過少則無法帶動身體擺動。二是要找好小鳥身體的平衡點，最佳的支點才能保證小鳥運動自如。

由于空氣中濕度、溫度的變化，都會影響到飲水鳥頭部水分的蒸發速度，因此這隻小鳥還成了一名氣象預報員。

根據孫貴的回憶以及事先搜集到的曆史資料，餘俊雄推斷，至少在清代中期飲水鳥就已經誕生了。清楚了小鳥身體的具體構造，以及裡面蘊藏的東西，所有的謎團似乎慢慢清晰起來。

飲水鳥終于出現的展會上

為了保證在8月的中國古玩具展覽上，人們能看到樣式各異的飲水鳥，孫貴特地趕制出一批新的玩具鳥。2005年8月15日，這種曾經讓愛因斯坦也吃驚的神奇玩具終于在展會上露面，成為展會上最引人注目的一件展品。

失傳多年的“飲水鳥”現身南京

第19屆科普周開幕，失傳多年的中國古代玩具“飲水鳥”現身大行宮廣場，讓現場參觀的很多市民連連稱奇。

記者在現場看到，“飲水鳥”大約有10厘米高，鳥身是玻璃制成的，外面塗有綠色，看不到裡面情況。頭部用一層薄薄的棉布包着，身上貼着幾片黃色羽毛，前面放着一個小水盆。

專家用手将鳥嘴沾濕，小鳥立即開始不停地做俯仰動作，并且幅度越來越大，接着就一頭紮進水盆裡喝水，很快又擡起頭來前俯後仰，循環往複，就像是一台“永動機”。本以為鳥的體内裝有電池，但觀衆們仔細查看後并沒有發現電池，“難道鳥的體内真的裝着永動機？要不然它怎麼不斷地飲水呢？”但是永動機在科學理論上是不可能的，那麼這到底是怎麼回事呢？

看到大家疑惑不已，專家在現場揭開了奧秘。“飲水鳥”體内裝有易揮發的液體乙醚，在不動的情況下，尾部下半部分是液體乙醚，上半部分是氣體狀态。當有人往鳥頭部的棉布層沾冷水時，鳥頭部遇冷，吸收周圍空氣熱量，氣壓下降，尾部的液體因為吸力沿頸部上升。這樣一來，鳥頭部的重量在增加，尾部的重量在減輕，重心位置發生變化，于是就出現俯仰現象。當重心超過腳架支點而移向頭部時，鳥就會低頭，當嘴部接觸到水面時，水順着嘴部又上升到頭部，鳥頭又會變濕，此時，部分乙醚液體保存在中間玻璃管中，與下面的液體分離開來，但其位置仍是傾斜狀，液體又會流下來，鳥的身體直立。此時鳥的頭部已經變濕，于是又會再次出現上面的一幕，循環往複，直到盆中的水被鳥喝幹後，頭部不能再變濕，才不再低頭喝水。

原來，“飲水鳥”頭部不斷蒸發所吸收的周圍空氣的熱量，就是這奇妙的“飲水鳥”能夠活動的動力。正是因為它使用的是周圍人不易察覺到的能源，所以才會被人誤認為是“永動機”，難怪連愛因斯坦一見之下都被它唬住了。