万花筒
曾令爱因斯坦称奇的中国“饮水鸟”
今年是爱因斯坦相对论发表100周年,也是联合国确定的世界物理年,展览以此为背景,把玩具按照不同的物理学原理归类为:力学玩具、声学玩具、热学玩具、光学玩具等。据北京玩具协会副会长王振荣介绍:“这样的展览,既是物理科学展的第一次,也是玩具展中的第一次。”
饮水鸟
“饮水鸟”为啥“永动”?“无电无磁无发条,头上点水开始摇。只要杯中水不断,日日夜夜不停脚。奇妙奇妙真奇妙,它还可以做预报,阴天雨水饮水少,风天晴天喝不饱。”这首“顺口溜”是沈阳一位退休老人孙贵编出来的,介绍的是他制作的一种玩具。
据前苏联一本科普读物记载,曾有人把这种涂了颜色、看不见内部奥秘的“饮水鸟”送给爱因斯坦,并对他说,科学家不是说永动机是不可能的吗,现在就让你瞧瞧这个“永动机”。等爱因斯坦弄明白其原理后,对“饮水鸟”设计之巧妙赞叹不已。“饮水鸟”由此得名“爱因斯坦也吃惊的玩具”。
“‘小鸟’这个密闭的身体里装着乙醚,头泡和尾泡的气室中充满乙醚的饱和气。”孙贵介绍说,当头部、尾部温度一样时,“小鸟”静止不动。一旦往头泡洒些凉水(或者直接把鸟头按进水碗),头泡受冷,表面水分蒸发,内部饱和气压下降,而尾泡内的气压不变,尾泡中乙醚液体沿着身体管上升,重心发生变化,“小鸟”便点头喝水。“鸟嘴”是脱水棉做成的,吸水能力强。一旦尾泡中的液面低到使尾泡内的玻璃管口与其中的气室相通时,乙醚气将沿管上升,于是液体就回流入尾泡内,从而使“小鸟”又抬起头来。同时头泡因为刚才鸟嘴吸取到的水分而受冷,下一次“点头”开始酝酿。
然而这只是来自制造者的一种解释。玩具协会益智玩具委员会主任余俊雄则说:“‘饮水鸟’的原理并不容易说得清,物理学家能给出好几种不同的解释。”通过比较可发现,孙贵所制作的“饮水鸟”头泡和尾泡一样大,而余俊雄查到的一些原理书中说尾泡明显要比头泡大。
经验和理论为什么会出现差异?孙贵的“饮水鸟”与当年令爱因斯坦惊讶的“饮水鸟”是不是一模一样?还需要等待更多的解释。
“公道杯”演绎孔孟中庸之道
展览上,余俊雄对一组根据流体力学制作的容器赞不绝口。“这个杯子叫公道杯。”余俊雄举起了一个青瓷的大号酒盅,一眼看上去,“公道杯”最特别之处在于,杯子的中央立起一条“龙”。余俊雄慢慢地往杯子里倒水,五成满了,什么事也没发生,七成满了,还是没什么动静。再倒,马上就要十成满的时候,一股细流从杯子底部的小孔中流出。眨眼间,几乎满满的一杯水就一滴不剩了。

公道杯
“这种杯子至少在宋代的时候就有了,估计发明的本意是用来劝诫那些贪杯的人。后来有人把它这种‘满则溢’的特性与孔孟学说的中庸之道联系在一起,赋予这种杯子新的含义。杯子里的龙也可以用白胡子老头来代替,他被称为‘公道老’,因为在他的‘监督’下,谁也不能多喝。这种杯子也被叫作‘公道杯’了。”
“公道杯”的秘密在于瓷龙体内的一根倒“U”形细管,杯子底部内外各有一孔,利用的是物理学上的虹吸原理。
“魔壶”里能倒出36种酒
倒流壶的壶身是桃子形状,顶上严丝合缝,没有壶盖。把壶倒置过来,下面有一个黄豆大小的孔洞,连接着壶内的隔水管,水或酒可以从孔洞里灌进去,流到隔水管以外的空间。由于壶嘴处设有挡板,注水时壶嘴滴水不出。注完水后再将壶正过来,由于隔水管上端高于壶内水位,底孔滴水不漏。“倒流壶”是基于物理学中的“连通器液面等高”的原理。
“这种壶在唐宋就有了,一直流传下来。我们在山西和内蒙古发现过很多。山西人喜欢用这种壶来装醋,我们就收到过一套印有毛主席语录的倒流醋壶。在内蒙古发现的倒流壶形状扁扁的,适合骑马时挎在身上盛水,不容易洒出来。据说这种壶最早的发明者正是游牧民族。”余俊雄解释说。
至于“魔壶”,它在清光绪年间出版的魔术书《鹅幻汇编》里出现过,原名叫做“鸳鸯分壶”,据说可以从一个壶中变出6种不同颜色的酒来;有的甚至可以倒出36种不同的酒来,也叫“千色巧酒”。
余俊雄揭开了其中的奥秘:“‘魔壶’之所以可以倒出两种不同的酒,因为它的壶体内藏有两个壶胆。它们分别有一个入口,却共用一个出口。当在两个不同的壶胆内,盛满不同的酒后,按住其中某一个入口,某种酒就不会从出口倒出,倒出的是另一种酒。若壶内设有多个胆,则可以流出多种酒来。这其实是利用了物理学的气压原理。”
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