Pájaro bebedor

Pájaros bebedores, también conocidos como pajaritos insaciables, pájaros sumergidos, pájaros bebedores, pájaros acuáticos, pájaros sumergidos y “ Sippy Pollos” son motores térmicos de juguete que imitan los movimientos de un pájaro que bebe de una fuente de agua. A veces se los considera incorrectamente ejemplos de un dispositivo de movimiento perpetuo.

Construcción y materiales

Un pájaro bebedor consta de dos bulbos de vidrio unidos por un tubo de vidrio (el cuello/cuerpo del pájaro). El tubo se extiende casi hasta el final del bulbo inferior y se conecta al bulbo superior pero no se extiende dentro de él.

El espacio dentro del ave contiene un líquido, generalmente coloreado para mayor visibilidad. (Este tinte puede desvanecerse cuando se expone a la luz, y la velocidad depende del tinte/color). El fluido suele ser diclorometano (DCM), también conocido como cloruro de metileno. Las versiones anteriores contenían triclorofluorometano. La patente de Miles V. Sullivan de 1945 sugería éter, alcohol, tetracloruro de carbono o cloroformo.

Se elimina el aire del aparato durante la fabricación, por lo que el espacio dentro del cuerpo se llena con el vapor evaporado del fluido. El bulbo superior tiene un "pico" adjunto que, junto con la cabeza, está cubierto de un material similar al fieltro. El pájaro suele estar decorado con ojos de papel, un sombrero de copa de plástico y una o más plumas de la cola. Todo el dispositivo gira sobre un travesaño fijado al cuerpo.

Pasos del motor térmico

El pájaro bebedor es una máquina térmica que aprovecha una diferencia de temperatura para convertir la energía térmica en una diferencia de presión dentro del dispositivo y realiza un trabajo mecánico. Como todas las máquinas térmicas, el pájaro bebedor funciona mediante un ciclo termodinámico. El estado inicial del sistema es el de un pájaro con la cabeza mojada orientada verticalmente.

El proceso funciona de la siguiente manera:

1. El agua se evapora de la sensación en la cabeza.
2. La evaporación baja la temperatura de la cabeza de vidrio (calor de vaporización).
3. La disminución de la temperatura hace que algunos de los vapores de diclorometano en la cabeza se condensan.
4. La temperatura más baja y la condensación juntos causan la presión de caer en la cabeza (conducida por Ecuaciones de estado).
5. La presión de vapor más alta en la base más caliente empuja el líquido hasta el cuello.
6. A medida que el líquido se eleva, el pájaro se vuelve pesado y se inclina.
7. Cuando el pájaro se inclina, el extremo inferior del tubo del cuello se eleva sobre la superficie del líquido en la bombilla inferior.
8. Una burbuja de vapor caliente aumenta el tubo a través de esta brecha, desplazando líquido como va.
9. Flujo líquido de vuelta a la bombilla inferior (el juguete está diseñado para que cuando se ha inclinado sobre la inclinación del cuello permite esto). La presión equipara entre las bombillas superiores e inferiores.
10. El peso del líquido en la bombilla inferior restaura el pájaro a su posición vertical.
11. El líquido en la bombilla inferior se calienta por aire ambiente, que es a una temperatura ligeramente superior a la temperatura de la cabeza del pájaro.

Si se coloca un vaso de agua de manera que el pico se sumerja en él durante su descenso, el pájaro seguirá absorbiendo agua y el ciclo continuará mientras haya suficiente agua en el vaso para mantener la cabeza mojada. Sin embargo, el ave continuará sumergiéndose incluso sin una fuente de agua, siempre que la cabeza esté mojada o mientras se mantenga una diferencia de temperatura entre la cabeza y el cuerpo. Este diferencial se puede generar sin enfriamiento evaporativo en el cabezal; por ejemplo, una fuente de calor dirigida al bulbo inferior creará un diferencial de presión entre la parte superior e inferior que impulsará el motor. La principal fuente de energía es el gradiente de temperatura entre la cabeza y la base del juguete; el juguete no es una máquina de movimiento perpetuo.

Principios físicos y químicos

El pájaro bebedor es una exposición de varias leyes físicas y, por lo tanto, es un pilar de la química básica y la educación física. Estos incluyen:

• El diclorometano con un punto de ebullición bajo (39.6 °C (103.3 °F) bajo presión estándar p^o = 10⁵ Pa – como el pájaro bebedor es evacuado, parcialmente lleno y sellado, la presión y por lo tanto el punto de ebullición en el pájaro bebedor será diferente), le da al motor de calor la capacidad de extraer movimiento de bajas temperaturas. El pájaro bebedor es un motor de calor que funciona a temperatura ambiente.
• La ley de gas combinada, que establece una relación proporcional entre la temperatura y la presión ejercida por un gas en un volumen constante.
• La ley de gas ideal, que establece una relación proporcional entre el número de partículas de gas y la presión en un volumen constante.
• La distribución Maxwell-Boltzmann, que establece que las moléculas en un espacio dado a una temperatura determinada varían en nivel energético, por lo que pueden existir en múltiples fases (solid/liquid/gas) a una sola temperatura.
• Calor de vaporización (o condensación), que establece que las sustancias absorben (o despierten) calor al cambiar estado a una temperatura constante.
• Torque y centro de masa.
• Acción capilar de la sensatez.
• Temperatura de bomba húmeda: La diferencia de temperatura entre la cabeza y el cuerpo depende de la humedad relativa del aire.

La operación del pájaro también se ve afectada por la humedad relativa.

Al utilizar una mezcla de agua y etanol en lugar de agua, se puede demostrar el efecto de diferentes velocidades de evaporación.

Al considerar la diferencia entre las temperaturas de bulbo húmedo y seco, es posible desarrollar una expresión matemática para calcular el trabajo máximo que se puede producir a partir de una determinada cantidad de agua "bebida". Dicho análisis se basa en la definición de la eficiencia del motor térmico de Carnot y los conceptos psicrométricos.

Historia

Por los 1760s (o antes) artesanos alemanes habían inventado un llamado "martillo de pulso" (Pulshammer). En 1767 Benjamin Franklin visitó Alemania, vio un martillo de pulso, y en 1768, mejoró. El martillo de pulso de Franklin consistía en dos bombillas de vidrio conectadas por un tubo en forma de U; una de las bombillas estaba parcialmente llena de agua en equilibrio con su vapor. Mantener la bombilla parcialmente llena en la mano haría que el agua fluya en la bombilla vacía. En 1872, el físico italiano y el ingeniero Enrico Bernardi combinaron tres tubos Franklin para construir un simple motor de calor que fue alimentado por la evaporación de una manera similar al pájaro bebedor.

En 1881, Israel L. Landis obtuvo una patente para un motor oscilante similar. Un año más tarde (1882), los hermanos Iske obtuvieron una patente para un motor similar. A diferencia del pájaro bebedor, en este motor el tanque inferior se calentaba y el tanque superior simplemente se enfriaba por aire. Aparte de eso, utilizó el mismo principio. Durante ese tiempo, los hermanos Iske obtuvieron varias patentes sobre un motor relacionado que ahora se conoce como rueda Minto.

Un pájaro bebedor chino de juguete que data de las décadas de 1910 y 1930, llamado pajarito insaciable, se describe en Física para el entretenimiento de Yakov Perelman. El libro explicaba lo "insaciable" Mecanismo: "Dado que la temperatura del tubo de dirección es más baja que la del depósito de cola, esto provoca una caída en la presión de los vapores saturados en el tubo de dirección..." Se decía en Shanghai, China, que cuando Albert Einstein y su esposa, Elsa, llegaron a Shanghai en 1922, quedaron fascinados por el "pajarito insaciable" chino. juguete.

Además, el profesor japonés de juguetes, Takao Sakai, de la Universidad de Tohoku, también presentó este juguete chino.

Arthur M. Hillery obtuvo una patente estadounidense en 1945. Arthur M. Hillery sugirió el uso de acetona como fluido de trabajo. Miles V. Sullivan volvió a patentarlo en Estados Unidos en 1946. Era un doctorado. inventor-científico de Bell Labs en Murray Hill, Nueva Jersey, EE. UU. Robert T. Plate obtuvo una patente de diseño estadounidense en 1947, la patente de la ciudad de Arthur M. Hillery.

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  Israel L. Landis 1881
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  Iske Brothers 1881
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  Arthur M. Hillery, 1944
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  Miles V. Sullivan 1945
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  Robert T. Plate 1947

Uso notable en la cultura popular

El pájaro bebedor se ha utilizado en muchos contextos ficticios para presionar botones automáticamente. En el episodio de Los Simpson "King-Size Homer", Homero usó uno para presionar repetidamente una tecla en el teclado de una computadora. Herb Powell también le mostró uno a Homer como parte de una demostración sobre los inventos en el episodio "Hermano, ¿puedes ahorrar dos monedas de diez centavos?". Dos de ellos se utilizaron en la película de 1990 Darkman para provocar explosiones. Los pájaros bebedores han aparecido como parte de una máquina de Rube Goldberg en la película La gran aventura de Pee-wee y en el episodio de Padre de familia "8 Reglas simples para Comprar a mi hija adolescente". En Bojack Horseman un asistente de Alcohólicos Anónimos se parece a un pájaro bebedor.

Los pájaros bebedores han aparecido como elementos de la trama en la caricatura de Merrie Melodies de 1951 Putty Tat Trouble y en el thriller de ciencia ficción de 1968 The Power. También han tenido apariciones menores en varias películas y programas de televisión, incluidas sesiones informativas sobre misiones en dos episodios de la serie original de televisión Misión: Imposible, la película de Woody Allen Sleeper, la película de ciencia ficción de 1979 Alien (también mencionada en Alien 3 y Alien: Covenant), la comedia de 1989 Cuando Harry conoció a Sally..., la película de 2005 Robots, la película de 2008 Max Payne, la película de 2010 Megamind, la película de 2021 Fortress, y episodios de las series de televisión estadounidenses Los Simpson, Mad Men y Ed, Edd n Eddy. El episodio 508 de Mystery Science Theatre 3000 presenta una parodia del pájaro bebedor llamado Bobbing Buzzard, que corre sobre carroña en lugar de agua. En el T4E11 de la serie de comedia Arrested Development, un personaje delirante escucha la voz de Dios hablando a través de un pájaro bebedor. En el episodio 7 de la temporada 2, Headspace, de Ted Lasso en AppleTV, un pájaro bebedor que no funciona se muestra de manera destacada en el escritorio del psicólogo del equipo.

Entre los videojuegos, el pájaro bebedor aparecía como el "dunkin' dragón" en el juego Sierra Quest for Glory (1989) y en el juego Gremlin Interactive Normality (1996). Porygon2, un Pokémon introducido en la Generación II (Pokémon Oro y Plata), se parece a un pájaro bebedor y, en los juegos de Pokémon 3D, mueve la cabeza en un movimiento de "inmersión" movimiento. Más recientemente, en el juego Quantum Conundrum (2012), una de las principales mecánicas de juego es un pájaro bebedor que se utiliza como cronómetro para presionar botones. En el videojuego de Creative Assembly de 2014 Alien: Isolation, se ven con frecuencia pájaros bebiendo en los escritorios del escenario principal del juego, la estación de Sebastopol.

En la obra del dramaturgo australiano contemporáneo John Romeril El mundo flotante, los pájaros bebedores son un accesorio simbólico que representa la progresión de Les' locura. Se les conoce como "pájaros dippy" y quizás se usan para simbolizar la locura debido a la opinión de Romeril de que están locos por su inutilidad y repetibilidad.

Diseño alternativo

En 2003, Nadine Abraham y Peter Palffy-Muhoray de Ohio, EE. UU., idearon un mecanismo alternativo que utiliza la acción capilar combinada con la evaporación para producir movimiento, pero no tiene un fluido de trabajo volátil. Su artículo "A Dunking Bird of the Second Kind", fue presentado al American Journal of Physics y publicado en junio de 2004. Describe un mecanismo que, aunque similar al original pájaro bebedor, funciona sin diferencia de temperatura. En su lugar, utiliza una combinación de acción capilar, diferencia de potencial gravitacional y evaporación de agua para alimentar el dispositivo.

Esta ave funciona de la siguiente manera: está equilibrada de tal manera que, cuando está seca, se inclina hacia una posición con la cabeza hacia abajo. El ave se coloca junto a una fuente de agua de manera que esta posición ponga su pico en contacto con el agua. Luego, el agua se eleva hacia el pico mediante acción capilar (los autores utilizaron una esponja triangular) y se transporta por acción capilar más allá del punto de apoyo hasta un depósito de esponja más grande que diseñaron para que pareciera alas. Cuando el depósito ha absorbido suficiente agua, el fondo ahora pesado hace que el ave se incline hasta quedar con la cabeza hacia arriba. Con el pico fuera del agua, finalmente se evapora suficiente agua de la esponja como para restablecer el equilibrio original y la cabeza vuelve a inclinarse hacia abajo. Aunque puede ocurrir una pequeña caída en la temperatura debido al enfriamiento por evaporación, esto no contribuye al movimiento del ave. El dispositivo funciona relativamente lento, siendo 7 horas 22 minutos el tiempo de ciclo promedio medido.