饮水鸟:中国古代玩具-中文百科频道

原理

这种玩具不是一种利用环境中热能的第二类永动机。”饮水鸟“是一种遵守热力学定律的典型热机，它之所以能不停地点头喝水，是因为它利用了一些复杂的物理学原理。

饮水鸟的头和躯体分别为两个薄壁玻璃球( 以下简称“上球”和“ 下球”) , 其间以一根玻璃管连通, 内装乙醚液体, 构成一个密闭容器。由于乙醚液体易挥发,因此液面上方充满乙醚的饱和气。鸟头四周包有一层易吸水的布。平时, 鸟身略向前倾。启动时给鸟头滴少许水, 布上的水在蒸发时大量吸热, 使上球内的乙醚饱和气在降温的同时降压，又因为温度降低乙醚蒸汽变得过饱和了，有少量乙醚蒸汽凝结成液体，乙醚蒸汽的量变少，气体体积进一步缩小，并放热阻止温度降低, 此时下球中的饱和气压大于上球中的气压, 下球中的乙醚液体沿玻璃管往上压,下球压强变小，里面的蒸汽变的不饱和，少量乙醚气化，下球里的乙醚蒸汽的量变大，同时从乙醚液体吸热，于是整个鸟的重心上移, 从而打破了支点的平衡状态。鸟身随上升的乙醚液体逐渐前倾, 当鸟嘴接触液面时, 上下球刚好通过玻璃管连通 , 下球中的部分气体进入上球, 两部分气体混合, 当上、下球中压强一致时, 失去气体压力支持的液体将在自身重力的作用下倒流回下球, 饮水鸟的重心再次下移, 于是渐渐直立起来, 回到初始状态。由于“喝水”时, 鸟嘴接触水面, 沾湿了裹鸟头的布,于是它又开始” 喝水“。饮水鸟内部变化的原理与超导体热管一样，通过气化液化传递热能，实际蒸汽的温度并无大的变化。

失传原因不明

余老师说，他第一次听说这个玩具是几年前在美国。因为工作关系，余老师经常参加美国的一个“中国古典益智游戏基金会”所举办的游戏年会。在参加这些年会时，余老师发现美国人竟然对这个玩具很有兴趣，余老师后来在国内多方查找，但一直没能找到。

据余老师介绍别莱利曼是在1936年撰写的《趣味物理学续编》中提到这个玩具，另外日本东北大学教授酒井高南编着的《玩具与科学》中也提到过，也就意味着，这种“饮水鸟”至少是在上世纪30年代就已经存在了。但是它到底是谁发明的，在什么时候发明的，都没有文献记载。

制作历程

余老师说，有很多人提倡弘扬中国的传统文化，中国古老的玩具就是一个极好的代表。我国有很多富有科学知识的古老玩具。跟电子游戏相比，它们一样有趣，并且不会使孩子们成天闷在房间里，对身体健康和性格的形成都有好处。让孩子们在玩这些玩具的同时，能知道一些科学知识。

孜孜不倦寻找线索的余俊雄

饮水鸟，现实中的传说

2005年6月以来，北京市玩具协会的余俊雄老师就没歇过。按照计划，中国古玩具展览即将在同年8月开幕。作为筹备委员的余俊雄一直在忙着为这次展览四处搜集展品。到了7月初，计划中的各种展品大都就位，但余俊雄依然忧心忡忡，因为一件非常重要的展品还没有眉目。

余俊雄到底在寻找什么呢？原来他寻寻觅觅着一种叫“饮水鸟”的玩具。饮水鸟是一种充满神秘色彩的玩具鸟，据说只要在它的面前放上一点水，它就会不知疲倦地摆动不停。但是半个世纪以来，它却销声匿迹于茫茫人海中，无论是余俊雄和他的同事，还是其他人，谁都没有见过这种玩具鸟的庐山真面目。余俊雄对饮水鸟的最初印象，来自于一本苏联物理书——《趣味物理学》。书作者，当时苏联的科普作家别兰迪曼，在书上记载着这样一种鸟：只要有水喝，它就能不停地运动下去。于是从上个世纪70年代开始，余俊雄就踏上了寻找这神奇小鸟之路。他在寻找过程中发现，关于饮水鸟的记载和描述，大多出自国外研究者之手，而且他们都明确地称之为“中国饮水鸟”。

这种玩具鸟究竟是什么样子？它是否真的源自中国，是中国古人智慧的结晶？如果真是这样，为什么国内没有相关的史料记载呢？

30年来，余俊雄查找了大量古籍资料，但始终没能找到饮水鸟诞生的确切年代。在漫长的追寻中，他又听到一个让人称奇的事情。东京大学教授写的《科学与玩具》一书中，将饮水鸟和爱因斯坦联系在了一起。书中指出，当年有人将饮水鸟送给爱因斯坦，这位极具智慧的大师对这只神奇的小鸟爱不释手，还大吃一惊道：“永动机出现了！”后来还专门搜集过这样的饮水鸟。

既算不上是精美工艺品，也不是什么高科技产品的小鸟，偏偏引起了一位现代物理学大师的关注。这个神奇玩具曾在爱因斯坦手中辗转，它因此有了一个响当当的别称；“让爱因斯坦也吃惊的玩具”。从那时起，饮水鸟就已经名声在外，有人叫它“来自中国的永动机”。

众所周知，能量守恒原理已经被现代物理学反复验证，成为一条公认的原理。但饮水鸟听上去似乎在挑战这一理论：它既不用借助机械等外力，也不用现代的电、磁等能量帮忙，只要面前放上普通的水，它就能运动不停……

可饮水鸟究竟靠什么实现运动？饮水鸟的制作工艺是否流传下来？现代还有人会做这种玩具吗？余俊雄一直被这样的疑问困扰着。

饮水鸟，千呼万唤始出来

眼看着开展的日子一天天临近，寻找这件古老玩具的工作却丝毫没有进展，余俊雄真是心急如焚。虽然不断有同事劝他，不要再为这件玩具费心，但他还是不愿意就此放弃。情急之下，余俊雄想到了一个办法：借助网络、报纸等媒体，扩大搜寻。

果然，寻找饮水鸟的消息很快有了反馈，大量的信件和电话纷至沓来，其中一个网友发来的消息让余俊雄喜出望外，这位网友曾经在华北电力大学学习时，在实验室看到过饮水鸟。于是，余俊雄第二天快马加鞭地赶往位于河北保定的华北电力大学。在这所大学的物理实验室中，他终于看到了这只梦寐以求的小鸟。

余俊雄面前的这只小鸟，无论是外形还是运动情况，都和史料中描述的非常相似。可它的内部结构是否也和古代饮水鸟一致呢？由于华北电力大学只有这么一个收藏，老师们从没舍得打开过，其内部的结构自然也就不得而知了。但余俊雄明白，只有了解了小鸟肚子里装的究竟是什么，才能清楚饮水鸟不停摆动的秘密。

尽管于俊雄还是心存不解，不过能找到这样一只玩具鸟已算是相当幸运了。既然学校不愿意饮水鸟被带走，那么拍张照片带回北京也行。可就在余俊雄离开华北电力大学回到家中时，他接到一个让他既兴奋又吃惊的电话。华北电力大学一位上了年纪的老师提供了这样一条线索：饮水鸟是学校从一位叫孙贵的沈阳老工艺人那里收购来的。紧接着，沈阳的孙贵打来电话说，饮水鸟是他做的。

这真是“柳暗花明又一村”啊！可孙贵真的就是饮水鸟的制作者吗？他和当年流传世界的饮水鸟之间又有什么关系呢？找到他，饮水鸟的秘密就能大白于天下吗？

饮水鸟，终现庐山真面目

来自沈阳的电话让余俊雄半信半疑，但展出的日子迫在眉睫。为了不放过任何一点希望，他第二天一早就动身赶往沈阳。

一走进孙贵的家，余俊雄好像进入了一个玩具鸟的世界。屋里屋外，上上下下，都摆满了五颜六色的玩具鸟。它们就是传说中的饮水鸟吗？孙贵就是饮水鸟的制作者吗？

孙贵指着这些玩具鸟告诉余俊雄，这些鸟和他在华北电力大学见到的一样，是他这些年断断续续制作出来的饮水鸟。琳琅满目、样式各异的饮水鸟，大量的文字材料，以及孙贵对制作时间的描述，都让余俊雄相信孙贵就是这些饮水鸟的制作者。可孙贵的手艺又出自何处？

孙贵告诉余俊雄，这门手艺来源于幼年时对父亲手艺的零星回忆。那个时候的孙贵家，到处弥漫着股乙醚味，孙贵就是凭借着这些记忆，一边回忆，一边摸索制作饮水鸟。

孙贵和他制作的饮水鸟

饮水鸟绝不是什么永动机，它实际上是巧妙利用了物理学里的热力学原理。由于乙醚很容易挥发，而饮水鸟一头一尾的温度差异，能让玻璃管里的乙醚蒸汽的分布发生变化，从而改变饮水鸟的重心。而饮水鸟不断喝水，又会被水不断打湿头部，头部水分的蒸发吸收了周围空气的热量，再次产生温度差异，这就促使饮水鸟能够不停地活动。

随后的试验中，孙贵还发现：无论是加乙醚还是酒，甚至普通的水，饮水鸟都能运动不停。只不过乙醚的挥发性更强，饮水鸟的运动会更频繁。这就很容易判断出，古人在没有乙醚的情况下很可能是加水或者酒制作的。

两段玻璃管，一点乙醚，一些普通的棉花，就能制作出一只不知疲倦的小鸟。这听上去简单，可要让它不停歇地运动并不容易。为了从记忆中复原这只小鸟，孙贵倾注巨大的心血，克服了许多困难。比如，饮水鸟平衡的难以掌握，加入乙醚份量的难以确定。当年的尝试非常不顺利，最初做出的小鸟有些运动持续时间非常短，有些则根本无法动弹。为了解决这些难题，孙贵不得不反复试验并求助一些物理老师，找规律，创平衡。

通过20多年的努力，孙贵终于掌握了一些制作窍门。要让小鸟动起来，一是要把握好鸟儿身体里乙醚的量，过多会让身体太重，过少则无法带动身体摆动。二是要找好小鸟身体的平衡点，最佳的支点才能保证小鸟运动自如。

由于空气中湿度、温度的变化，都会影响到饮水鸟头部水分的蒸发速度，因此这只小鸟还成了一名气象预报员。

根据孙贵的回忆以及事先搜集到的历史资料，余俊雄推断，至少在清代中期饮水鸟就已经诞生了。清楚了小鸟身体的具体构造，以及里面蕴藏的东西，所有的谜团似乎慢慢清晰起来。

饮水鸟终于出现的展会上

为了保证在8月的中国古玩具展览上，人们能看到样式各异的饮水鸟，孙贵特地赶制出一批新的玩具鸟。2005年8月15日，这种曾经让爱因斯坦也吃惊的神奇玩具终于在展会上露面，成为展会上最引人注目的一件展品。

失传多年的“饮水鸟”现身南京

第19届科普周开幕，失传多年的中国古代玩具“饮水鸟”现身大行宫广场，让现场参观的很多市民连连称奇。

记者在现场看到，“饮水鸟”大约有10厘米高，鸟身是玻璃制成的，外面涂有绿色，看不到里面情况。头部用一层薄薄的棉布包着，身上贴着几片黄色羽毛，前面放着一个小水盆。

专家用手将鸟嘴沾湿，小鸟立即开始不停地做俯仰动作，并且幅度越来越大，接着就一头扎进水盆里喝水，很快又抬起头来前俯后仰，循环往复，就像是一台“永动机”。本以为鸟的体内装有电池，但观众们仔细查看后并没有发现电池，“难道鸟的体内真的装着永动机？要不然它怎么不断地饮水呢？”但是永动机在科学理论上是不可能的，那么这到底是怎么回事呢？

看到大家疑惑不已，专家在现场揭开了奥秘。“饮水鸟”体内装有易挥发的液体乙醚，在不动的情况下，尾部下半部分是液体乙醚，上半部分是气体状态。当有人往鸟头部的棉布层沾冷水时，鸟头部遇冷，吸收周围空气热量，气压下降，尾部的液体因为吸力沿颈部上升。这样一来，鸟头部的重量在增加，尾部的重量在减轻，重心位置发生变化，于是就出现俯仰现象。当重心超过脚架支点而移向头部时，鸟就会低头，当嘴部接触到水面时，水顺着嘴部又上升到头部，鸟头又会变湿，此时，部分乙醚液体保存在中间玻璃管中，与下面的液体分离开来，但其位置仍是倾斜状，液体又会流下来，鸟的身体直立。此时鸟的头部已经变湿，于是又会再次出现上面的一幕，循环往复，直到盆中的水被鸟喝干后，头部不能再变湿，才不再低头喝水。

原来，“饮水鸟”头部不断蒸发所吸收的周围空气的热量，就是这奇妙的“饮水鸟”能够活动的动力。正是因为它使用的是周围人不易察觉到的能源，所以才会被人误认为是“永动机”，难怪连爱因斯坦一见之下都被它唬住了。