2012年12月30日

科學玩具-熱學-喝水鳥


聽過烏鴉喝水的寓言故事嗎?這隻喝水鳥不需要向瓶中丟石頭來讓水面上升,但它更可憐,因為它沒有能讓它飛翔的雙翼,只擁有能站立的後肢,所以它往往紅著臉頰羞赧地低頭喝水。然而,它並不需要在旁協助,直到喝不到水才會逐漸停下來,這是需要什麼樣的原理呢?
杯子盛了水或其他液體(例如酒精),將喝水鳥的身體拿起來,讓它的頭部浸在水裡,頭下腳上做溺斃狀。過了一會兒,等頭部的紅色絨布完全沾濕後,就會不時地擺動,重覆向前傾倒而喝水的動作,這就是它有趣的地方,最近有一個男性護髮的廣告中也出現了它的蹤跡。
這隻會喝水的鳥會不斷地低頭喝水,是因為它的身體是一個封閉的玻璃容器,裡面裝有沸點低而容易揮發的液體所致。為了方便觀察,液體會另外添加紅色或藍色色素。當液體揮發時,玻璃容器內部便充斥著液體及其蒸氣分子。
關於內部的液體有幾種說法,有一說是會破壞臭氧層的氟利昂,不過應該是被限制甚至禁用了才對;再者則是有毒的二氯甲烷(methylene chloride),可能性亦不大;或是科學狂人向業界查證的乙醚。不過不管怎麼樣,如果打破了,應避免吸入氣體或讓液體接觸皮膚。我家小朋友曾經打破一支,味道是不太好聞,而且摸起來真的涼涼的,可見是揮發性極高的液體。
此外,當水在布料上蒸發時,會帶走一些氣化熱。玻璃容器上半部的氣體,會因為能量被帶走而降低溫度,頭部的部分氣體會因此凝結而變成液態分子。氣體減少了,容器上半部的氣壓也會下降。
由於喝水鳥直立時,容器上下兩半部的蒸氣並不相通,且上下半部的氣壓差異逐漸形成,而且使得液體被向上推擠,重心也因液體上升而升高。若重心高於支點,就會變成頭重腳輕狀,因而向前傾倒喝水。
身體平放後,容器內部的蒸氣相通了,氣壓上的差異也不復存在,液體又可流回下半部,使得喝水鳥又直立起來。
在學校可以用棉花沾酒精,抹在學生的手臂上,讓他們感受酒精蒸發時溫度降低的感覺。而在家沐浴完後,不將身體上的水珠抹乾淨,就很容易因為水的蒸發,從我們的身體帶走大量熱量,而使我們著涼,所以不要貪圖一時的涼快而生病。

而且誰說喝水鳥只能喝水?可以試試看在杯中盛裝酒精或其他液體。讓喝水鳥頭下腳上盡情暢飲一番,也就是呈現溺斃狀,等頭部的絨布完全沾濕後,就會重覆向前傾倒的動作。也請觀察一下喝水鳥到底喜歡喝水還是喝酒,低頭啜飲的頻率有任何改變嗎? 
 (學生的留言)小鳥雞的心情:
你們這36個忘恩負義的傢伙,我喝水喝得半死,你們都不用喝逆?
夜深人靜,牠獨自在這,好可憐
哀怨 笨笨的小鳥

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