Ptica njihalica

Ptica njihalica

Izvor: Wikimedia Commons.

Ptica njihalica (en: drinking bird, insatiable bird, dunking bird - ptica koja pije, nezasitna ptica, potapajuća ptica) je mali toplinski stroj koji razliku tlakova pretvara u mehanički rad. Obično je dizajniran kao model ptice i može poslužiti u obrazovne svrhe jer demonstrira nekoliko zakona fizike.

Sadržaj
  1. Izrada
  2. Opis rada
    1. Modifikacija
  3. Izvori

Izrada

Shema konstrukcije stroja
Ptica njihalica
  1. Glava ptice
  2. Presvučeni kljun i glava
  3. Cilindar
  4. Vrat ptice
  5. Točka ovjesišta
  6. Težište u okomitom položaju
  7. Uronjeno dno cjevčice
  8. Trup ptice
  9. Ukrasna pera
  10. Postolje
  11. Posuda s vodom i visina

Stroj je najčešće dizajniran kao igračka u obliku ptice koja pije vodu. Po pravilu je izrađen od stakla. Sastoji se od dva balona koju su spojeni cjevčicom i čine zatvoreno šuplje tijelo. Zrak je uklonjen iz posude a ubačen je fluid, obojen zbog dekoracije.

Za rad stroja potrebna je i odgovarajuća posuda s vodom, koju većina proizvođača ne isporučuje. Može poslužiti bilo kakva posuda čiji je vrh u visini ovjesišta stroja.


Opis rada

Shema termodinamičkog ciklusa
  1. Uspravan položaj, prije početka hlađenja
  2. Rashlađena para djelomično kondenzira i stvara vakuum
  3. Tekućina se penje uz cijev i težište se diže
  4. Dno vrata diže se iznad tekućine, temperatura i tlak pare u komorama se izjednačavaju
  5. Tekućina se slijeva u trup, para se diže u vrat i glavu, ptica se uspravlja

Ptica u osnovnom položaju zauzima skoro okomit položaj - nagnuta je malo naprijed zbog težine kljuna. Točka težišta stroja malo je ispod ovjesišta a odabrana je tako da je skoro na granici labilne ravnoteže, te se lako izbaci iz ravnotežnog položaja. Fluid koji se nalazi u stroju zbog smanjenog tlaka djelomično ishlapi u vrat i glavu. Veći dio je tekući i ostaje u donjem balonu, gdje dio ishlapi u balon. Uronjena cjevčica sprječava spajanje dviju komora s parom.

Da bi stroj radio, mora mu se dodati rad. Postavljanjem u skoro vodoravni položaj kljun, glava i dio vrata prekrivenih tkaninom natapaju se vodom. U tom položaju dno cjevčice izlazi iz tekućine i tlak pare se izjednačava. Otpuštanjem stroja, on se vraća u uspravan položaj i nastavlja se njihati.

Hlapljenjem vode s površine glave temperatura glave se snižava, hladeći fluid iz glave i vrata. Razlika temperatura glave i trupa može biti i nekoliko stupnjeva. Hlađenjem fluida pada tlak, a dio pare kondenzira u tekućinu, stvarajući djelomični vakuum. Razlika tlaka u glavi i trupu uzrokuje podizanje tekućine uz vrat.

Dizanjem tekućine težište stroja se podiže, stroj izlazi iz ravnoteže te se naginje prema naprijed, sve dok ga ne zaustavi graničnik ili ivica posude s vodom. Dolazeći u skoro vodoravnan položaj, kljun uranja u vodu, komore s parom se spajaju i tlak se izjednačava, tekućina se vraća u donji balon i ponovno težište dolazi ispod ovjesišta. Ptica se uspravlja i ciklus počinje ispočetka.

Brzina njihanja izravno ovisi o temperaturi okoliša i vlažnosti zraka. Tako stroj može poslužiti kao pokazatelj vlažnosti: ako je njihanje brzo, vlažnost je niska i obratno.

Modifikacija

Umjesto isparavanja vode i hlađenja fluida u glavi, stroj se može modificirati da se grije fluid u trupu. To se može postići postavljanjem izvora topline ispod trupa.

Međutim, da bi stroj radio kao "perpetuum mobile", bez vidljivog izvora topline, može se rabiti fizikalno svojtvo po kojem tamna tijela upijaju, a svijetla odbijaju toplinu.

Ako se ptici ukloni apsorbirajući materijal i glava oboji u srebrnu ili bijelu boju, a trup u crno, kad se izloži suncu trup će se grijati brže od glave. Tlak u trupu će rasti i fluid će se dizati uz vrat, radeći po istom ciklusu kao i ptica s hlađenjem. U ovoj izvedbi nepotrebna je posuda s vodom, ali se može dodati, kao i ostali dekorativni elementi.

Izvori

  1. Güémez, J.; Valiente, R.; Fiolhais, C.; Fiolhais, M., Eksperimenti s pticom njihalicom, American Journal of Physics (PDF)
  2. Solarna izvedba ptice njihalice na stranici Science Toys

Interwiki: drinking bird (Q125526)

Tekst ove stranice slobodan je za kopiranje, bez obveze navođenja izvora ili autora.

Slike (čiji sam ja autor) s adrese bonc1.users.sbb.rs/wp/ kojima su ilustrirani članci slobodne su za kopiranje, bez obveze navođenja izvora ili autora. Za slike sa Zajedničkog poslužitelja (Wikimedia Commons external link) navodi se njihova licencija (ako postoji).