Los pájaros bebedores , también conocidos como pájaros que se mojan, pájaros bebedores, pájaros acuáticos o pájaros que se sumergen [1] [2] [3] 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 . [4]
Un pájaro bebedero consta de dos bulbos de vidrio unidos por un tubo de vidrio (el cuello/cuerpo del pájaro). El tubo se extiende casi hasta el bulbo inferior y se conecta al bulbo superior pero no se extiende hacia él.
El espacio dentro del ave contiene un fluido, generalmente coloreado para que sea más visible. (Este tinte puede desteñirse cuando se expone a la luz, y la velocidad depende del tinte/color). [5] El fluido es típicamente diclorometano (DCM), también conocido como cloruro de metileno. [6] [7] Las versiones anteriores contenían triclorofluorometano . [7] La patente de Miles V. Sullivan de 1945 sugería éter , alcohol , tetracloruro de carbono o cloroformo . [8]
Durante la fabricación, se extrae el aire del aparato, de modo que el espacio interior del cuerpo se llena con el vapor evaporado del fluido. [8] El bulbo superior tiene un "pico" adherido que, junto con la cabeza, está cubierto de un material similar al fieltro. [8] El pájaro suele estar decorado con ojos de papel, un sombrero de copa de plástico y una o más plumas en la cola. Todo el dispositivo gira sobre un travesaño unido al cuerpo.
El pájaro bebedero es un motor térmico 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 todos los motores térmicos, el pájaro bebedero funciona a través de un ciclo termodinámico . El estado inicial del sistema es un pájaro con la cabeza mojada orientada verticalmente.
El proceso funciona de la siguiente manera: [9]
Si se coloca un vaso de agua de forma que el pico se sumerja en él al descender, el pájaro seguirá absorbiendo agua y el ciclo continuará mientras haya suficiente agua en el vaso para mantener la cabeza mojada. Sin embargo, el pájaro seguirá sumergiéndose incluso sin una fuente de agua, mientras la cabeza esté mojada o mientras se mantenga una diferencia de temperatura entre la cabeza y el cuerpo. Esta diferencia se puede generar sin enfriamiento por evaporación en la cabeza; por ejemplo, una fuente de calor dirigida al bulbo inferior creará una diferencia de presión entre la parte superior e inferior que impulsará el motor. La fuente de energía última es el gradiente de temperatura entre la cabeza y la base del juguete; el juguete no es una máquina de movimiento perpetuo .
El pájaro bebedor es una muestra de varias leyes físicas y, por lo tanto, es un elemento básico de la enseñanza de la química y la física básicas . Entre ellas se incluyen:
El funcionamiento del ave también se ve afectado por la humedad relativa . [10] [11]
Al utilizar una mezcla de agua y etanol en lugar de agua, se puede demostrar el efecto de diferentes tasas de evaporación. [12]
Considerando 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 cantidad dada de agua "bebida". Este análisis se basa en la definición de eficiencia del motor térmico de Carnot y en los conceptos psicrométricos . [13]
El pájaro bebedor también puede considerarse un motor de entropía impulsado por la diferencia de la entropía del agua líquida y la entropía del vapor de agua disperso en el aire, es decir, la suma de la entropía de evaporación del agua pura más la entropía de dilución del vapor de agua en el aire. La evaporación del agua es un proceso endotérmico que requiere el aporte de energía térmica o un flujo de entalpía positiva del entorno. Dado que un proceso espontáneo requiere un cambio negativo en la energía libre de Gibbs , la entalpía positiva tiene que ser superada por el gran aumento de entropía.
En la década de 1760 (o antes), los artesanos alemanes habían inventado el llamado "martillo de pulso" ( Pulshammer ). En 1767, Benjamin Franklin visitó Alemania, vio un martillo de pulso y, en 1768, lo mejoró. [14] El martillo de pulso de Franklin consistía en dos bulbos de vidrio conectados por un tubo en forma de U; uno de los bulbos estaba parcialmente lleno de agua en equilibrio con su vapor. Sostener el bulbo parcialmente lleno en la mano haría que el agua fluyera hacia el bulbo vacío. [15] En 1872, el físico e ingeniero italiano Enrico Bernardi combinó tres tubos de Franklin para construir un motor térmico simple que funcionaba con evaporación de una manera similar al pájaro bebedor. [16]
En 1881, Israel L. Landis obtuvo una patente para un motor oscilante similar. [17] Un año después (1882), los hermanos Iske obtuvieron una patente para un motor similar. [18] A diferencia del pájaro bebedor, en este motor el tanque inferior se calentaba y el tanque superior solo se enfriaba con aire. Aparte de eso, utilizaba el mismo principio. Durante ese tiempo, los hermanos Iske obtuvieron varias patentes sobre un motor relacionado que ahora se conoce como rueda Minto .
En Physics for Entertainment (Física para el entretenimiento) de Yakov Perelman se describe un juguete chino con forma de pájaro bebedor que data de los años 1910 a 1930 y que se llama pajarito insaciable . [1] El libro explica el mecanismo "insaciable": "Dado que la temperatura del tubo de dirección se vuelve más baja que la del depósito de cola, esto provoca una caída en la presión de los vapores saturados en el tubo de dirección..." [1] Se decía en Shanghái, China, que cuando Albert Einstein y su esposa, Elsa, llegaron a Shanghái en 1922, quedaron fascinados por el juguete chino "pajarito insaciable". [19]
Además, el profesor japonés de juguetes, Takao Sakai, de la Universidad de Tohoku , también presentó este juguete chino. [20]
Arthur M. Hillery obtuvo una patente estadounidense en 1945. Arthur M. Hillery sugirió el uso de acetona como fluido de trabajo. [21] Fue patentado nuevamente en los EE. UU. por Miles V. Sullivan en 1946. [8] Fue un inventor-científico con doctorado en Bell Labs en Murray Hill, NJ , EE. UU. [8] [22] [4] Robert T. Plate obtuvo una patente de diseño estadounidense en 1947, que cita la patente de Arthur M. Hillery. [23]
![Israel L. Landis 1881[17]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/39/US250821-Figure_1.png/1280px-US250821-Figure_1.png)
![Hermanos Iske 1881[18]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/de/US253868-Figure_2_and_3.png/1280px-US253868-Figure_2_and_3.png)
![Arthur M. Hillery, 1944[21]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/df/US2384168-0.png/1280px-US2384168-0.png)
![Miles V. Sullivan 1945[8]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/b/b2/US2402463-0.png/1280px-US2402463-0.png)
El pájaro bebedor se ha utilizado en muchos contextos ficticios. Los pájaros bebedores han aparecido como elementos de la trama en la serie de dibujos animados de Merrie Melodies de 1951 Putty Tat Trouble y en el thriller de ciencia ficción de 1968 The Power . En la temporada 4, episodio 11 de la serie de comedia Arrested Development , un personaje delirante escucha la voz de Dios hablando a través de un pájaro bebedor. [24]
En la obra The Floating World del dramaturgo contemporáneo australiano John Romeril , los pájaros bebedores son un elemento simbólico que representa la progresión de la locura de Les. [25]
En el episodio 7 de la temporada 7 de la comedia animada Los Simpsons titulado " King-Size Homer ", Homer usa un pájaro bebedor para presionar la tecla Y en su computadora de control nuclear, lo que eventualmente conduce a una fusión nuclear. El pájaro finalmente regresa dos temporadas después en el episodio " Das Bus ".
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 fluido de trabajo volátil. Su artículo "A Dunking Bird of the Second Kind" [26] se envió al American Journal of Physics y se publicó en junio de 2004. Describe un mecanismo que, si bien es similar al pájaro bebedor original, funciona sin una diferencia de temperatura. En su lugar, utiliza una combinación de acción capilar , diferencia de potencial gravitacional y evaporación de agua para alimentar el dispositivo.
Este pájaro funciona de la siguiente manera: se lo equilibra de tal manera que, cuando está seco, se inclina hacia abajo. Se lo coloca junto a una fuente de agua de tal manera que esta posición ponga su pico en contacto con el agua. Luego, el agua se eleva hacia el pico por 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 se parezca a unas alas. Cuando el depósito ha absorbido suficiente agua, la parte inferior, ahora pesada, hace que el pájaro se incline 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 se inclina hacia abajo nuevamente. Aunque puede producirse una pequeña caída de temperatura debido al enfriamiento por evaporación, esto no contribuye al movimiento del pájaro. El dispositivo funciona de manera relativamente lenta, con 7 horas y 22 minutos como tiempo de ciclo promedio medido.
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