Птицы пьющие из одного сосуда
Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 9 сентября 2017; проверки требуют 13 правок.
Пьющая птичка – игрушка, работающая на принципах теплового двигателя и имитирующая движения пьющей воду птички[1].
Конструкция[править | править код]
Состоит из двух стеклянных колбочек, соединенных стеклянной трубкой (шея птицы). Эта трубка прикреплена к верхней колбочке и вставлена в нижнюю колбочку почти до самого её конца. Пространство внутри птички содержит жидкость, как правило, окрашенную. Обычно используется дихлорметан, известный также как метиленхлорид или хлористый метилен. В патенте Майлза Салливана предлагается использование эфира, спирта, хладона или хлороформа[2].
Во время производства из птички откачивается воздух и заполняется парами используемой жидкости[2]. Верхняя колбочка имеет «клюв», который вместе с головой птички покрывается войлокоподобным материалом[3]. Птичка обычно украшена бумажными глазами, пластиковой шляпкой и одним или несколькими хвостовыми перьями. Вся игрушка имеет возможность вращаться на оси прикрепленной к шее.
Несмотря на то, что пьющая птичка считается игрушкой, она имеет потенциальные опасности, связанные с применением стекла и легко испаряющихся жидкостей. Ранние модели часто заполнялись легковоспламеняющимися веществами, хотя в более поздних версиях применялась невоспламеняемая жидкость. Дихлорметан может раздражать кожу при контакте и лёгкие при вдыхании его паров, является канцерогеном.
Принцип действия[править | править код]
Игрушка представляет собой тепловой двигатель, использующий разность температур для совершения механической работы. Как и все тепловые двигатели, пьющая птичка работает по термодинамическому циклу.
Исходным состоянием системы является птичка с увлажнённой головой, расположенной вертикально. Далее игрушка проходит через следующие стадии:[4]
- Вода испаряется из войлока на голове, испарение понижает температуру стеклянной головы (теплота испарения).
- Снижение температуры приводит к конденсации части паров дихлорметана в голове.
- Понижение температуры и конденсация вместе приводят к падению давления в голове (согласно уравнению состояния идеального газа).
- В более тёплом хвосте птички давление паров подталкивает жидкость вверх по трубке-шее.
- Когда жидкость поднимается, верхняя часть птички становится тяжелее и голова игрушки опускается (птичка пьёт воду).
- В определённый момент опускания головы конец шейной трубки поднимается над поверхностью жидкости в нижней колбочке. В шейную трубку попадает пузырёк тёплого пара, он поднимается вверх по трубке и вытесняет из неё жидкость.
- Жидкость течёт обратно в нижнюю колбочку, а давление пара между верхней и нижней колбочками выравнивается.
- Вес жидкости в нижней колбочке восстанавливает вертикальное положение птицы.
Если стакан воды помещён так, что клюв окунается в него при опускании головы, то голова птички будет оставаться влажной, и цикл будет продолжаться до тех пор, пока в стакане будет достаточно воды, чтобы держать голову влажной. Тем не менее, птичка будет продолжать опускаться даже без источника воды, до тех пор, пока голова мокрая, или пока поддерживается разность температур между головой и хвостом. Эта разность может создаваться, например, источником тепла, направленным на нижнюю колбочку. Разность температур создаст перепад давления между верхней и нижней частью птички, который будут приводить в движение птичку.
Источником энергии является температурный градиент между головой и хвостом птички, поэтому она не является вечным двигателем.
Другой вариант пьющей птички[править | править код]
Была предложена «пьющая птичка второго рода»[5] которая, как и оригинальная пьющая птичка, будет работать без разницы температур. Она использует комбинацию капиллярного эффекта, разности веса верхней и нижней частей и испарения воды для получения энергии игрушкой.
Такая птичка работает следующим образом: она сбалансирована так, что в исходном положении её голова с клювом опущена. Птичка помещается рядом с источником воды, это приводит к контакту клюва с водой. Вода поднимается в клюв капиллярным действием (авторы использовали треугольную губку) и попадает ниже оси вращения птички. Когда устройством будет поглощено достаточное количество воды, тяжёлый хвост заставляет птицу опрокинуться головой вверх. Через клюв, вынутый из воды происходит её испарение, хвост становится легче и голова снова опускается вниз.
Физические и химические принципы[править | править код]
В пьющей птичке используется несколько физических законов и явлений, а также несколько химических веществ, что позволяет применяться её в изучении химии и физики:
- Дихлорметан – вещество с низкой температурой кипения (39,6° С при нормальном давлении). Пьющая птичка – это тепловой двигатель, который работает при комнатной температуре.
- Уравнение состояния идеального газа, которое устанавливает пропорциональную зависимость между температурой и давлением, создаваемым газом в постоянном объеме.
- Уравнение Менделеева – Клапейрона, которое устанавливает пропорциональное соотношение между количеством частиц газа и давлением в постоянном объёме.
- Распределение Максвелла – молекулы в данном пространстве при данной температуре различаются по энергетическому уровню и поэтому вещество может существовать в нескольких агрегатных состояниях (твердое вещество / жидкость / газ) при одной температуре.
- Теплота испарения (или конденсации), которая устанавливает, что вещества поглощают (или выделяют) тепло при изменении агрегатного состояния при постоянной температуре.
- Момент силы и центр масс.
- Капиллярное явление.
- Точка росы: Разность температур между головой и хвостом зависит от относительной влажности воздуха.
История[править | править код]
В 1881 году Израиль Ландис получил патент на аналогичный колебательный двигатель[6].
В 1882 году братья Иске получили патент на подобный двигатель[7]. В отличие от пьющей птички, нижний резервуар нагревался, а верхний резервуар просто охлаждался окружающим воздухом. Принцип действия остался тот же самый. Братья Иске за это время получили различные патенты на подобные двигатели, которые теперь известны как колесо Минто.
Китайская игрушка пьющая птичка, относящаяся к началу XX века, названная «ненасытной птичкой», описана советским популяризатором физики и математики Яковом Перельманом в книге «Занимательная физика»[1]. Он так объясняется механизм действия игрушки: «Поскольку температура в головной трубке становится ниже температуры хвостового резервуара, это приводит к падению давления насыщенных паров в головной трубе …»[1].
Альберт Эйнштейн и его жена Эльза прибывшие в Шанхай в 1922 году, были очарованы «ненасытной птичкой»[8].
Артур Хиллери получил патент в 1945 году. Он предложил использовать ацетон в качестве жидкости[3].
В 1946 году оно было запатентовано Майлзом Салливаном[2].
Израиль Ландис 1881
Братья Иске 1882
Arthur M. Hillery, 1944
Майлза Салливан 1945[2]
В культуре[править | править код]
Пьющая птичка часто использовалась для автоматического нажатия кнопок. В фильме «Чужой» 1979 года эта птичка стояла на столе, где обедала команда «Ностромо» (англ. USCSS The Nostromo). В мультсериале «Симпсоны» в эпизоде King-Size Homer, Гомер использовал пьющую птичку, чтобы многократно нажимать клавишу на клавиатуре компьютера. Herb Powell также показал её Гомеру как часть демонстрации изобретения в эпизоде «Брат, одолжи монетку». Две птички были использованы в фильме 1990 года Человек тьмы, чтобы заблокировать взрывное устройство. Пьющие птички появились как часть машины Голдберга в фильме «Большое приключение Пи-Ви» и в «Гриффины» эпизод «8 Simple Rules for Buying My Teenage Daughter».
Пьющие птички были представлены как сюжетные элементы в мультфильме 1951 года «Весёлые мелодии» Putty Tat Trouble и научно-фантастическом триллере 1968 года «Власть». Они также появлялись в незначительные эпизодах в нескольких фильмах и телешоу.
Среди видеоигр пьющая птичка появилась в качестве «дракона-dunkin» в игре Sierra Entertainment Quest for Glory I: So You Want to Be a Hero (1989), в игре Gremlin Interactive Normality (1996). В игре Quantum Conundrum (2012) пьющая птичка используется как таймер для нажатия кнопок. Также, в первой части игры Deponia пьющая птичка используется главным героем для многократного нажатия кнопки вызова секретарши.
Примечания[править | править код]
- ↑ 1 2 3 Перельман, Яков. Занимательная физика (неопр.). – 1972. – Т. 2. – С. 175-178. – ISBN 978-1401309213.
- ↑ 1 2 3 4 US2402463
- ↑ 1 2 US2384168
- ↑ Güémez, J.; Valiente, R.; Fiolhais, C.; Fiolhais, M. Experiments with the drinking bird (англ.) // American Journal of Physics : journal. – 2003. – December (vol. 71, no. 12). – P. 1257-1263. – doi:10.1119/1.1603272͔. – Bibcode: 2003AmJPh..71.1257G. Архивировано 1 июля 2011 года.
- ↑ Abraham, Nadine; Palffy-Muhoray, Peter. A dunking bird of the second kind (англ.) // American Journal of Physics : journal. – 2004. – June (vol. 72, no. 6). – P. 782-785. – doi:10.1119/1.1703543. – Bibcode: 2004AmJPh..72..782A.
- ↑ Патент US250821
- ↑ Патент US250821
- ↑ Alice Calaprice and Trevor Lipscombe, Albert Einstein: A Biography (Greenwood Publishing Group, 2005):86-87.
Ссылки[править | править код]
- Moriarty, Philip The Drinking Duck. Sixty Symbols. Brady Haran for the University of Nottingham (2009).
- Güémez, J.; Valiente, R.; Fiolhais, C.; Fiolhais, M. (December 2003). «Experiments with the drinking bird». American Journal of Physics. 71 (12): 1257-1263. https://dx.doi.org/10.1119/1.1603272
Источник
Может быть это все-таки “вечный двигатель”?
Раз только макни ее носом в воду, а дальше кажется, что все повторяется само собой … Принцип работы пьющей птички не так уж и нов, он был использован еще великим И. Бернулли в термометре для измерения максимальных температур. Интересно, что птичка будет наклоняться и “пить” раз в 5 чаще, если воду в стакане заменить каким-либо спиртовым раствором, а облучение ее светом или теплом также заставит птичку менять частоту своих движений …
Медленно опускает “пьющая птичка” свой клюв в стоящий перед ней стакан с водой, затем выпрямляется, покачивается слегка туда-сюда, как-будто собирается остановиться, но через некоторое время, как-будто набравшись сил, вновь наклоняется и макает свой клюв в воду. Так птичка может пить до бесконечности, пока при наклоне под ее клювом будет вода.
Познакомимся с устройством игрушки.
Физическая игрушка “пьющая птичка” состоит из двух полых стеклянных шариков соединенных узкой трубочкой. Причем один из концов трубочки впаян в шарик так, что заканчивается недалеко от дна шарика. При изготовлении игрушки система заполняется жидкостью и запаивается. В качестве жидкости берется легко испаряющаяся жидкость с низкой температурой кипения, например, эфир или метанол. Для большего эффекта жидкость подкрашивают. Наливают жидкости столько, чтобы выступающий в шарик конец трубочки, был в нее погружен.
Шарик с выступающей трубочкой – это “живот” птички, противоположный шарик – “головка”. Сверху стекло разрисовывается и декорируется под птичку: перья, шляпка, хвостик. Обязательной частью птички является клюв достаточной длины, который часто обклеивают фетром. Игрушка закреплена чуть выше живота на вращающейся горизонтальной оси и опорах, в результате чего птичка может переворачиваться вниз, т.е. “клевать”. Для приведения игрушки в действие перед игрушкой ставят стакан с водой и один раз наклоняют ее, чтобы намочить клюв. А дальше все происходит без остановки … Пока птичка сможет достать клювом воду в стакане об остановке игрушки можно не беспокоиться!
Каковы же причины “самопроизвольных” наклонов?
Изначально внутри замкнутого сосуда-птички есть легко испаряющаяся жидкость, между жидкостью и парами над ее поверхностью устанавливается термодинамическое равновесие. Пары в зависимости от температуры создают давление на жидкость.
Обмакнем клюв птички в поставленный перед ней сосуд с водой и отпустим. Центр тяжести лежит чуть ниже оси вращения(ближе к животу), таким образом, птичка вынуждена будет выпрямиться.
Вода с намокшего фетрового клюва начнет испаряется, при этом головка птички будет охлаждаться. При охлаждении головки термодинамическое равновесие нарушается. Понижение температуры паров в головке ведет к конденсации паров эфира на внутренних стенках головки. Давление паров эфира в головке упадет. Таким образом, давление паров в головке станет меньше, чем давлением паров над жидкостью в животе птички. Так как выравнивание давлений становится возможным только после того, как жидкость будет вытесняться более высоким давлением паров из нижнего сосуда вверх по трубочке, уровень жидкости в трубочке начнет повышаться. Это при ведет к поднятию точки центра тяжести над осью вращения. и птичка перевернется, снова макая клюв в воду.
При перевороте нижний конец трубочки поднимается над поверхностью жидкости, и жидкость из трубочки стекает опять вниз, а давление паров в верхнем и нижнем шарике выравниваются. Центр тяжести опускается, птичка возвращается в вертикальное положение. Но процесс повторяется, так как клюв уже опять мокрый … Вот Вам и сказка про бычка, у которой нет конца …
Если позаботиться, чтобы уровень жидкости в стакане оставался постоянным, то птичка может “пить” вечно!
Но, заметьте! В результате выравнивания давлений паров в верхней и нижней частях птички, давление пара в нижней части трубочки становится меньше первоначального. В нижней части начинается испарение жидкости, и температура жидкости при этом падает. Температура жидкости в нижней части птички становится ниже температуры окружающей среды, и начинается теплопередача от окружающей среды животу птички.
Вот Вам и итог: процессы в птичке можно сравнить с процессами, наблюдаемыми в тепловой машине: циклический процесс (abcd) за счет теплообмена с окружающей средой, при котором внутренняя энергия превращается в механическую,
где: ab – изотермическое расширение bc – адиабатический расширение cd – изотермическое сжатие da – адиабатическое сжатие.
Интересно, что птичка будет наклоняться-“пить” раз в 5 чаще, если воду в стакане заменить каким-либо спиртовым раствором. Даже облучение ее каким-нибудь образом светом или теплом заставляет птичку менять частоту своих движений. Она будет реагировать по-разному, если облучать , например, голову или живот. При облучении головы она замедляет, а затем и вовсе прекращает свои наклоны. Если же направить свет или источник тепла на живот птички, то она оживляется и кланяется чаще. Птичка замирает и тогда, когда ее ставят под стеклянный колпак и откачивают водух. Создается впечатление, что ей нужна не только вода в стакане, но и наличие воздуха вокруг. Можно даже убрать стакан с водой, но облучать теплом или светом живот птички, В этом случае птичка также будет совершать свои бесконечные наклоны.
Так как же, есть здесь “вечный двигатель” или нет?
Ссылка на источник «Класс!ная физика» https://class-fizika.ru/ni-ptitch.html
Источник
На юге Красноярского края заметили пьяных свиристелей, которые наелись забродивших ягод. Среди птиц, подверженных алкоголю, называют также ворон, голубей и даже волнистых попугайчиков. Ученые подозревают, что дурной пример птицам подал человек.
На юге Красноярского края свиристели наелись забродивших плодов яблони и рябины. В национальном парке «Шушенский бор» заметили нетрезвых пернатых, которые пошатывались, с трудом передвигались по снегу, а некоторые и вовсе лежали, не реагируя на людей.
Это не первая пьяная выходка и свиристелей в частности, и птиц вообще. Ведь практически любые плоды (например, той же рябины) могут забродить из-за перепадов температуры.
Орнитолог, руководитель проекта «Орнитарий» в парке «Сокольники» Вадим Мишин в беседе с «360» заверил, что птицам, как и людям, не чужда тяга к выпивке, но стать хроническими алкоголиками им не грозит.
Источник фото: wiki.org
Выпить не прочь
«Когда стая свиристелей находит такие забродившие ягоды, они будут возвращаться, пока все это дело не склюют. В моей юности родители на даче делали домашнее вино. У нас было много разных ягод, яблок, и родители приготовляли довольно качественное, хорошее десертное вино», – рассказал эксперт.
Осадок, который образовывался при настаивании вина, выбрасывали на компостную кучу. И именно в это время объявлялась стая ворон, которая целенаправленно наедалась этого винного осадка. Они устраивали настоящий пикник, а потом на компостной куче валялись пьяные вороны, кувыркаясь и пытаясь встать, поделился воспоминаниями Мишин.
«Каркают, пытаются подраться. Но у птиц довольно быстрый метаболизм, и они уже через пять-шесть часов трезвеют. При этом в другое время на даче ворон не было никогда, были лишь лесные птицы: дрозды, скворцы. Может, одна ворона попробовала и передала другим», – предположил орнитолог.
Спиться просто не успеют
Все упирается в меру, как и у любых живых существ. Избыток алкоголя приводит к состоянию опьянения и его последствиям. Птица теряет координацию, не может летать и либо сидит, либо вообще падает в бессознательном состоянии. И тут для нее наступают очень рисковые времена.
«Во-первых, птицу может схватить любой хищник, ведь она абсолютно беззащитна и не реагирует ни на какие внешние угрозы. А во-вторых, она может элементарно замерзнуть: при температуре ниже −10°C через несколько часов у нас будет свежемороженый камушек с перышками», – отметил Вадим Мишин.
Эксперт пояснил, что на птичий организм алкоголь действует так же, как и на организм человека. Сначала птица согревается, а потом происходит резкое сужение сосудов. Но мозг не реагирует на переохлаждение, потому что поражен алкоголем, и птица фактически замерзает, даже не чувствуя этого.
«Хронических алкоголиков среди птиц не бывает. Но лишь потому, что они не могут допиться до этого состояния: их либо кто-то сожрет, либо замерзнут насмерть. Вытрезвителя нет, заботливых родственников нет – никто не подберет, не согреет и не отмоет. Они будут предоставлены сами себе и до алкоголизма просто не дотянут», – резюмировал орнитолог.
Помогать и не спаивать
Пьяная птица не представляет угрозы для человека, уверен Вадим Мишин. У пернатых нарушаются координационные функции, они плохо ориентируются в пространстве, и им уже не до нападений.
«Если вы нашли птицу в состоянии опьянения и она дается вам в руки, то нужно просто выполнить функцию вытрезвителя. Принести ее домой или в безопасное место, чтобы пичуга это состояние пережила и никто ее не съел. Когда придет в себя, можно попоить водичкой и предложить корм. А дальше, как только она встанет на крыло, отпустить», – посоветовал орнитолог.
А вот намеренное спаивание домашних птиц Вадим Мишин считает жестоким издевательством над живым существом.
«Так, безусловно, птице наносится вред. Может быть, это и занятно, и даже уморительно со стороны: птица теряет контроль над собой, ведет себя неадекватно. Но это именно издевательство, как и обрезание перьев, например», – заявил эксперт.
Дурной пример
Некоторые исследователи считают, что птицы не избегают столь опасного для них алкоголя потому, что на них влияет поведение человека, написал сайт Looduskalender.ee. Отмечено, что пьянство среди птиц чаще всего встречается у городских видов, живущих в той же среде: попугаи, голуби, чайки, воробьи и куры.
А среди видеороликов с пернатыми, пьющими алкоголь, доминируют вороны и попугаи. Последние, кстати, считаются предрасположенными к алкоголизму. Это связывают с тем, что попугаи, в отличие от других птиц, более устойчивы к воздействию алкоголя, поскольку их метаболизм адаптирован к токсичным веществам, полученным из семян различных плодов.
Раз попробовав алкоголь, попугай будет лететь к нему каждый раз. Но при этом у птиц очень слабая печень, поэтому домашний любимец может легко получить цирроз или просто разбиться в пьяном полете.
Источник