为什么在只玩具小鸟不需要外来的动力,就可以做出周而复始的饮水动作呢?
「饮水鸟」可说是一个经典的科学玩具 (图一)。它既不需要电力推动,也不需要上发条,就会不断重复低头点水的动作。原來这个小玩具的操作,涉及毛细管作用、气化潜热和蒸汽压等多种有趣的物理学原理,现在为大家介绍一下.
饮水鸟的身体其实是一根长长的玻璃管,连接着头部和底部的腔 (图二)。它的嘴是一根很窄的金属管,內有一条棉绳,与包裹著头部的布相连。底部的腔盛著一些易发挥的液体,使玻璃管內充滿了气体。玻璃管延伸到底部的腔內,液体浸过了玻璃管的末端。鸟身由一轴心承托,可以自由转动。
当小鸟直立时,先前吸收了的水份在包裹在头部的布上蒸发,带走气化潜气,令头部的玻璃腔內的蒸气变冷。玻璃管內的蒸氣压减低,底部腔內的氣压遂把液体迫进玻璃管內,使直立的小鳥失去平衡,头部向前傾,金属嘴点在盛水的小盘上,完成了「饮水」的动作。
到底小鸟如何「饮水」呢?「饮水」之后,又如何恢复直立的状态呢?当小鸟的嘴点在水中时,基与毛細管作用,水便会沿著棉绳被吸到包裹在头部的布上。小鸟的身体在「饮水」时处于水平状态 (图三),底部腔內的空间与头部接通,不平衡的蒸气压消失,液体流回底部,使小鸟再度直立,重复整个动作。
如果大家细心阅读上文,便会发现这短短的描述已涉及了许多物理学的原理。你能夠一一把它们列举出來吗?自己动手做一个玩玩吧,祝你成功!