ฟิสิกส์กับของเล่น: นกกินน้ำ

บทความฟิสิกส์

     นกกินน้ำ (Dipping Bird หรือ Drinking Bird) เป็นของเล่นที่ทำงานโดยการทำให้ส่วนหัวของนกเปียก แล้วนำตัวนกไปวางไว้ใกล้ๆ กับแก้วน้ำ ความแตกต่างระหว่างอุณหภูมิที่ส่วนหัวและส่วนท้องของตัวนก จะทำให้นกผงกหัวลงไปกินน้ำหรือจุ่มแก้วน้ำได้เรื่อยๆ ตราบใดที่ส่วนหัวของนกยังเปียกอยู่

drinking bird font drinking bird back

     ของเล่นนกกินน้ำเป็นตัวอย่างหนึ่งของเครื่องจักรความร้อน (heat engine) ที่เปลี่ยนพลังงานความร้อนจากความแตกต่างระหว่างอุณภูมิที่ส่วนหัวและส่วนท้องของตัวนก ให้กลายมาเป็นงานทางกลศาสตร์ซึ่งคือการที่นกผงกหัวลงไปกินน้ำ การทำงานของเครื่องจักรความร้อนเกิดจากการเปลี่ยนแปลงความดันไอของของเหลวที่บรรจุอยู่ภายในตัวนกกินน้ำ ซึ่งส่วนใหญ่จะใช้ของเหลวที่บรรจุเป็นสารประกอบสารประกอบคลอโรคาร์บอนที่ชื่อไดคลอโรมีเทน  (Dichloromethane: DCM) หรือเมทิลีนคลอไรด์ (Methylene Chloride) ที่มีสูตรทางเคมี CH2Cl2 เป็นของเหลวไม่มีสีและระเหยได้ง่าย  เมื่ออยู่ในหลอดแก้วที่เป็นภาชนะปิด ก็จะมีไอของไดคลอโรมีเทนระเหยอยู่  การที่ส่วนหัวของนกกินน้ำมีอุณหภูมิต่ำกว่าส่วนท้อง ทำให้ความดันไอของของไดคลอโรมีเทนที่อยู่ในกระเปาะแก้วส่วนที่ไม่ได้เชื่อมต่อกับส่วนหัวมีค่ามากกว่าความดันในหลอดแก้วที่เชื่อมต่อกับส่วนหัว ความแตกต่างของความดันส่งผลให้ของเหลวถูกดันขึ้นไปตามหลอดแก้ว ส่วนหัวของนกจึงมีน้ำหนักมากขึ้น ส่งผลให้นกผงกหัวไปมา  เมื่อของเหลวถูกดันขึ้นไปจนถึงจุดสูงสุด นกจึงผงกหัวลงไปกินน้ำ การที่นกผงกหัวลงไปกินน้ำนี้จะทำให้ปลายหลอดแก้วที่อยู่ที่บริเวณส่วนท้องของตัวนกยกสูงขึ้นเหนือของเหลว อากาศที่อยู่ในกระเปาะแก้วจึงเคลื่อนที่ผ่านหลอดแก้วขึ้นไปยังส่วนหัวของนกซึ่งจะเกิดขึ้นพร้อมกับการที่ของเหลวไหลออกจากหลอดแก้วเข้าสู่กระเปาะแก้ว  กระบวนการนี้ทำให้นกยกหัวขึ้นและเริ่มการผงกหัวกลับไปกลับมาอีกครั้ง 

     ส่วนหัวของนกกินน้ำมักจะถูกปกคลุมด้วยผ้าสำหรับดูดซับน้ำเพื่อทำให้อุณหภูมิที่บริเวณส่วนหัวของนกมีค่าต่ำกว่าอุณหภูมิที่บริเวณส่วนท้องของนก  เมื่อปากของนกผงกหัวลงมาจุ่มน้ำที่อยู่ในแก้ว น้ำจะถูกดูดซึมขึ้นไปยังส่วนต่างๆ ของผ้าที่ปกคลุมส่วนหัว เนื่องจากเกิดปรากฏการณ์ที่เรียกว่า การซึมตามรู้เล็ก (Capillary action) ส่วนหัวของนกจึงเปียกอยู่ตลอดเวลา ส่งผลให้นกผงกหัวลงไปกินน้ำหรือจุ่มแก้วน้ำได้เรื่อยๆ

คลิปวิดิทัศน์สาธิต

Comments

comments