內容簡介
中國古代玩具飲水鳥類似永動機的狀態曾經讓大科學家愛因斯坦也驚嘆不已。“飲水鳥”的形象最後一次公開出現是在上世紀30年代時一本國外的科普讀物上，之後就銷聲匿跡了。
飲水鳥球內裝有液體，管的下端浸在液面下。整個鳥身是密閉的，架在一個類似鳥腿的座上。它的頭部粘有尖尖的嘴，尾部粘有羽毛。為了讓人不能看清鳥身體裡的秘密，它的身體被塗上了黑色。而它的神奇之處就是，在鳥的面前放上一杯水，鳥就會俯下身去，把嘴浸到水裡，“喝”了一口後，又直立起來。可是直立一會兒它又會俯下身去，等到鳥嘴浸到了水，“喝”了一口，又會直立起來。就這樣，它不停地點頭喝水，這到底是怎么回事呢？
這一點連當代最偉大的科學家愛因斯坦都為它吃驚。根據前蘇聯著名的科普作家別萊利曼編著的《趣味物理學續編》中提到，曾有人將這個塗了顏色、看不見內部奧秘的“飲水鳥”贈送給愛因斯坦博士，並對他說，科學家不是說永動機是不可能的嗎，就讓你瞧瞧這台永動機。當愛因斯坦看過並明白其原理時，真的十分驚嘆“飲水鳥”的設計巧妙。因此這個玩具就被別人叫做“愛因斯坦也吃驚的玩具”。
原理
這種玩具不是一種利用環境中熱能的第二類永動機。”飲水鳥“是一種遵守熱力學定律的典型熱機，它之所以能不停地點頭喝水，是因為它利用了一些複雜的物理學原理。
飲水鳥的頭和軀體分別為兩個薄壁玻璃球( 以下簡稱“上球”和“ 下球”) , 其間以一根玻璃管連通, 內裝乙醚液體, 構成一個密閉容器。由於乙醚液體易揮發,因此液面上方充滿乙醚的飽和氣。鳥頭四周包有一層易吸水的布。平時, 鳥身略向前傾。啟動時給鳥頭滴少許水, 布上的水在蒸發時大量吸熱, 使上球內的乙醚飽和氣在降溫的同時降壓，又因為溫度降低乙醚蒸汽變得過飽和了，有少量乙醚蒸汽凝結成液體，乙醚蒸汽的量變少，氣體體積進一步縮小，並放熱阻止溫度降低, 此時下球中的飽和氣壓大於上球中的氣壓, 下球中的乙醚液體沿玻璃管往上壓,下球壓強變小，裡面的蒸汽變的不飽和，少量乙醚氣化，下球里的乙醚蒸汽的量變大，同時從乙醚液體吸熱， 於是整個鳥的重心上移, 從而打破了支點的平衡狀態。鳥身隨上升的乙醚液體逐漸前傾, 當鳥嘴接觸液面時, 上下球剛好通過玻璃管連通 , 下球中的部分氣體進入上球, 兩部分氣體混合, 當上、下球中壓強一致時, 失去氣體壓力支持的液體將在自身重力的作用下倒流回下球, 飲水鳥的重心再次下移, 於是漸漸直立起來, 回到初始狀態。由於“喝水”時, 鳥嘴接觸水面, 沾濕了裹鳥頭的布,於是它又開始” 喝水“。飲水鳥內部變化的原理與超導體熱管一樣，通過氣化液化傳遞熱能，實際蒸汽的溫度並無大的變化。
工作流程
a.頭部受冷，氣壓下降，尾部的液體因為吸力沿頸部上升。這樣頭的重量在增加，尾部的重量在減輕，重心位置發生變化，當重心超過腳架支點而移向頭部時，鳥就俯下身到平衡位置。這個位置可以通過鳥嘴的重量來調試。
b.頭部降低，內部發生兩個變化。一是“飲水鳥”的嘴浸到了水，這樣鳥頭被打濕。二是上下的蒸汽區域連通，兩部分氣體混合，沒有了氣壓差，但由於吸收了周圍空氣的熱量，蒸汽的溫度略有上升。這時上升到頭部的液體，在本身的重量作用下流向下端尾部。
c.尾部變重，頭部向上翹，液體全部集中到尾部，同時，頭部的蒸汽因為剛粘到的水又開始冷卻。
原來“飲水鳥”頭部不斷蒸發所吸收的周圍空氣的熱量，就是這奇妙的“飲水鳥”能夠活動的原動力。。
失傳原因
余老師說，他第一次聽說這個玩具是幾年前在美國。因為工作關係，余老師經常參加美國的一個“中國古典益智遊戲基金會”所舉辦的遊戲年會。在參加這些年會時，余老師發現美國人竟然對這個玩具很有興趣，余老師後來在國內多方查找，但一直沒能找到。
據余老師介紹別萊利曼是在1936年撰寫的《趣味物理學續編》中提到這個玩具，另外日本東北大學教授酒井高南編著的《玩具與科學》中也提到過，也就意味著，這種“飲水鳥”至少是在上世紀30年代就已經存在了。但是它到底是誰發明的，在什麼時候發明的，都沒有文獻記載。
製作歷程
余老師說，有很多人提倡弘揚中國的傳統文化，中國古老的玩具就是一個極好的代表。我國有很多富有科學知識的古老玩具。跟電子遊戲相比，它們一樣有趣，並且不會使孩子們成天悶在房間裡，對身體健康和性格的形成都有好處。讓孩子們在玩這些玩具的同時，能知道一些科學知識。
孜孜不倦尋找線索的余俊雄
飲水鳥，現實中的傳說
自製飲水鳥2005年6月以來，北京市玩具協會的余俊雄老師就沒歇過。按照計畫，中國古玩具展覽即將在同年8月開幕。作為籌備委員的余俊雄一直在忙著為這次展覽四處蒐集展品。到了7月初，計畫中的各種展品大都就位，但余俊雄依然憂心忡忡，因為一件非常重要的展品還沒有眉目。余俊雄到底在尋找什麼呢？原來他尋尋覓覓著一種叫“飲水鳥”的玩具。飲水鳥是一種充滿神秘色彩的玩具鳥，據說只要在它的面前放上一點水，它就會不知疲倦地擺動不停。但是半個世紀以來，它卻銷聲匿跡於茫茫人海中，無論是余俊雄和他的同事，還是其他人，誰都沒有見過這種玩具鳥的廬山真面目。余俊雄對飲水鳥的最初印象，來自於一本蘇聯物理書——《趣味物理學》。書作者，當時蘇聯的科普作家別蘭迪曼，在書上記載著這樣一種鳥：只要有水喝，它就能不停地運動下去。於是從上個世紀70年代開始，余俊雄就踏上了尋找這神奇小鳥之路。他在尋找過程中發現，關於飲水鳥的記載和描述，大多出自國外研究者之手，而且他們都明確地稱之為“中國飲水鳥”。
這種玩具鳥究竟是什麼樣子？它是否真的源自中國，是中國古人智慧的結晶？如果真是這樣，為什麼國內沒有相關的史料記載呢？
30年來，余俊雄查找了大量古籍資料，但始終沒能找到飲水鳥誕生的確切年代。在漫長的追尋中，他又聽到一個讓人稱奇的事情。東京大學教授寫的《科學與玩具》一書中，將飲水鳥和愛因斯坦聯繫在了一起。書中指出，當年有人將飲水鳥送給愛因斯坦，這位極具智慧的大師對這隻神奇的小鳥愛不釋手，還大吃一驚道：“永動機出現了！”後來還專門蒐集過這樣的飲水鳥。
既算不上是精美工藝品，也不是什麼高科技產品的小鳥，偏偏引起了一位現代物理學大師的關注。這個神奇玩具曾在愛因斯坦手中輾轉，它因此有了一個響噹噹的別稱；“讓愛因斯坦也吃驚的玩具”。從那時起，飲水鳥就已經名聲在外，有人叫它“來自中國的永動機”。
眾所周知，能量守恆原理已經被現代物理學反覆驗證，成為一條公認的原理。但飲水鳥聽上去似乎在挑戰這一理論：它既不用藉助機械等外力，也不用現代的電、磁等能量幫忙，只要面前放上普通的水，它就能運動不停……
可飲水鳥究竟靠什麼實現運動？飲水鳥的製作工藝是否流傳下來？現代還有人會做這種玩具嗎？余俊雄一直被這樣的疑問困擾著。
飲水鳥，千呼萬喚始出來
眼看著開展的日子一天天臨近，尋找這件古老玩具的工作卻絲毫沒有進展，余俊雄真是心急如焚。雖然不斷有同事勸他，不要再為這件玩具費心，但他還是不願意就此放棄。情急之下，余俊雄想到了一個辦法：藉助網路、報紙等媒體，擴大搜尋。
果然，尋找飲水鳥的訊息很快有了反饋，大量的信件和電話紛至沓來，其中一個網友發來的訊息讓余俊雄喜出望外，這位網友曾經在華北電力大學學習時，在實驗室看到過飲水鳥。於是，余俊雄第二天快馬加鞭地趕往位於河北保定的華北電力大學。在這所大學的物理實驗室中，他終於看到了這隻夢寐以求的小鳥。
余俊雄面前的這隻小鳥，無論是外形還是運動情況，都和史料中描述的非常相似。可它的內部結構是否也和古代飲水鳥一致呢？由於華北電力大學只有這么一個收藏，老師們從沒捨得打開過，其內部的結構自然也就不得而知了。但余俊雄明白，只有了解了小鳥肚子裡裝的究竟是什麼，才能清楚飲水鳥不停擺動的秘密。
儘管於俊雄還是心存不解，不過能找到這樣一隻玩具鳥已算是相當幸運了。既然學校不願意飲水鳥被帶走，那么拍張照片帶回北京也行。可就在余俊雄離開華北電力大學回到家中時，他接到一個讓他既興奮又吃驚的電話。華北電力大學一位上了年紀的老師提供了這樣一條線索：飲水鳥是學校從一位叫孫貴的瀋陽老工藝人那裡收購來的。緊接著，瀋陽的孫貴打來電話說，飲水鳥是他做的。
這真是“柳暗花明又一村”啊！可孫貴真的就是飲水鳥的製作者嗎？他和當年流傳世界的飲水鳥之間又有什麼關係呢？找到他，飲水鳥的秘密就能大白於天下嗎？
飲水鳥，終現廬山真面目
來自瀋陽的電話讓余俊雄半信半疑，但展出的日子迫在眉睫。為了不放過任何一點希望，他第二天一早就動身趕往瀋陽。
一走進孫貴的家，余俊雄好像進入了一個玩具鳥的世界。屋裡屋外，上上下下，都擺滿了五顏六色的玩具鳥。它們就是傳說中的飲水鳥嗎？孫貴就是飲水鳥的製作者嗎？
孫貴指著這些玩具鳥告訴余俊雄，這些鳥和他在華北電力大學見到的一樣，是他這些年斷斷續續製作出來的飲水鳥。琳琅滿目、樣式各異的飲水鳥，大量的文字材料，以及孫貴對製作時間的描述，都讓余俊雄相信孫貴就是這些飲水鳥的製作者。可孫貴的手藝又出自何處？
孫貴告訴余俊雄，這門手藝來源於幼年時對父親手藝的零星回憶。那個時候的孫貴家，到處瀰漫著股乙醚味，孫貴就是憑藉著這些記憶，一邊回憶，一邊摸索製作飲水鳥。
孫貴和他製作的飲水鳥
飲水鳥絕不是什麼永動機，它實際上是巧妙利用了物理學裡的熱力學原理。由於乙醚很容易揮發，而飲水鳥一頭一尾的溫度差異，能讓玻璃管里的乙醚蒸汽的分布發生變化，從而改變飲水鳥的重心。而飲水鳥不斷喝水，又會被水不斷打濕頭部，頭部水分的蒸發吸收了周圍空氣的熱量，再次產生溫度差異，這就促使飲水鳥能夠不停地活動。
隨後的試驗中，孫貴還發現：無論是加乙醚還是酒，甚至普通的水，飲水鳥都能運動不停。只不過乙醚的揮發性更強，飲水鳥的運動會更頻繁。這就很容易判斷出，古人在沒有乙醚的情況下很可能是加水或者酒製作的。
兩段玻璃管，一點乙醚，一些普通的棉花，就能製作出一隻不知疲倦的小鳥。這聽上去簡單，可要讓它不停歇地運動並不容易。為了從記憶中復原這隻小鳥，孫貴傾注巨大的心血，克服了許多困難。比如，飲水鳥平衡的難以掌握，加入乙醚份量的難以確定。當年的嘗試非常不順利，最初做出的小鳥有些運動持續時間非常短，有些則根本無法動彈。為了解決這些難題，孫貴不得不反覆試驗並求助一些物理老師，找規律，創平衡。
通過20多年的努力，孫貴終於掌握了一些製作竅門。要讓小鳥動起來，一是要把握好鳥兒身體裡乙醚的量，過多會讓身體太重，過少則無法帶動身體擺動。二是要找好小鳥身體的平衡點，最佳的支點才能保證小鳥運動自如。
由於空氣中濕度、溫度的變化，都會影響到飲水鳥頭部水分的蒸發速度，因此這隻小鳥還成了一名氣象預報員。
根據孫貴的回憶以及事先蒐集到的歷史資料，余俊雄推斷，至少在清代中期飲水鳥就已經誕生了。清楚了小鳥身體的具體構造，以及裡面蘊藏的東西，所有的謎團似乎慢慢清晰起來。
飲水鳥終於出現的展會上
為了保證在8月的中國古玩具展覽上，人們能看到樣式各異的飲水鳥，孫貴特地趕製出一批新的玩具鳥。2005年8月15日，這種曾經讓愛因斯坦也吃驚的神奇玩具終於在展會上露面，成為展會上最引人注目的一件展品。
失傳多年的“飲水鳥”現身南京
第19屆科普周開幕，失傳多年的中國古代玩具“飲水鳥”現身大行宮廣場，讓現場參觀的很多市民連連稱奇。
記者在現場看到，“飲水鳥”大約有10厘米高，鳥身是玻璃製成的，外面塗有綠色，看不到裡面情況。頭部用一層薄薄的棉布包著，身上貼著幾片黃色羽毛，前面放著一個小水盆。
專家用手將鳥嘴沾濕，小鳥立即開始不停地做俯仰動作，並且幅度越來越大，接著就一頭扎進水盆里喝水，很快又抬起頭來前俯後仰，循環往復，就像是一台“永動機”。本以為鳥的體內裝有電池，但觀眾們仔細查看後並沒有發現電池，“難道鳥的體內真的裝著永動機？要不然它怎么不斷地飲水呢？”但是永動機在科學理論上是不可能的，那么這到底是怎么回事呢？
看到大家疑惑不已，專家在現場揭開了奧秘。“飲水鳥”體內裝有易揮發的液體乙醚，在不動的情況下，尾部下半部分是液體乙醚，上半部分是氣體狀態。當有人往鳥頭部的棉布層沾冷水時，鳥頭部遇冷，吸收周圍空氣熱量，氣壓下降，尾部的液體因為吸力沿頸部上升。這樣一來，鳥頭部的重量在增加，尾部的重量在減輕，重心位置發生變化，於是就出現俯仰現象。當重心超過腳架支點而移向頭部時，鳥就會低頭，當嘴部接觸到水面時，水順著嘴部又上升到頭部，鳥頭又會變濕，此時，部分乙醚液體保存在中間玻璃管中，與下面的液體分離開來，但其位置仍是傾斜狀，液體又會流下來，鳥的身體直立。此時鳥的頭部已經變濕，於是又會再次出現上面的一幕，循環往復，直到盆中的水被鳥喝乾後，頭部不能再變濕，才不再低頭喝水。
原來，“飲水鳥”頭部不斷蒸發所吸收的周圍空氣的熱量，就是這奇妙的“飲水鳥”能夠活動的動力。正是因為它使用的是周圍人不易察覺到的能源，所以才會被人誤認為是“永動機”，難怪連愛因斯坦一見之下都被它唬住了。
國外資料
美國貝爾實驗室的Miles V. Sullivan和George H. Shackley於1946年在美國申請了專利。專利號為U.S. Patent 2,402,463。
但早在1936年，前蘇聯的別萊利曼寫的《趣味物理學續編》就已經提到這個玩具，因此真實的發明時間應該早於上個世紀30年代。Miles V. Sullivan和George H. Shackley應是最先將其申請為專利的人，但並不是最初的發明人。
影視作品中的飲水鳥
1990年美國影片《變形黑俠》中，曾使用這一道具。
犯罪分子使用飲水鳥點燃打火機引發爆炸。