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只是因为嘿,HODINKEE 的醉鸟是终极万年钟吗?

只是因为嘿,HODINKEE 的醉鸟是终极万年钟吗?

在夏季的狗(或狗相邻)的日子里,钟表作家的头脑,因不温不火的气候、世界普遍令人担忧的状况以及上半年新品的丰饶而疲惫不堪,发现自己正在思考问题,也许比平常更远的钟表沉思。这些问题包括,“这真的是一份明智的工作吗?”“我还要写多少皇家橡树”和“如果劳力士每年生产一百万只手表,它每分钟生产多少只”和很快。

醉鸟

我是醉鸟,带我去你的公升。

一段时间以来,我一直在谈论一个这样的问题,这与您最喜欢的HODINKEE 视频吉祥物和我的,不知疲倦且始终亲切的 Drinky Bird 有关。每次我们拍摄一集时,它就在那里(如果鸟更喜欢其他代词,它会保留它自己)并且程序总是相同的。我选了一个杯子,装满水,弄湿 Drinky Bird 的头,然后看着 My Little Buddy 开始上下摆动。这个问题最终开始在我的脑海中凝聚,并最终呈现出一种连贯的形式,就像一颗在长收缩恒星云中心点燃的恒星,是这样的:“Drinky Bird 的振荡规律是否足以让你将它们用作时钟的基础?

现在,出于我们的目的,我们需要考虑如何将 Drinky Bird 用作计时器的振荡器。当然,我们可以使用它的倾斜运动来触发某种机械擒纵机构,但在评估其倾斜运动的速率稳定性时,我们可以更容易地使用简单的光电束。每当头部下降到足以润湿喙时,它也会破坏光束,并且某种数字计数器会使时钟增加一定数量的预编程秒数。如果倾角总是相隔相同的秒数,那么我们只需要知道该数字就可以对计数器进行编程以增加时钟显示适当的秒数,然后我们就可以开始工作了。

为了评估使用 Drinky Bird(也称为 Dunking Bird、Thirsty Bird 和我个人最喜欢的 Sipping Chicken,这对于价格过高的精品波旁威士忌来说是个好名字)的可行性,我们必须首先看看它是如何工作的。

这只鸟由一个玻璃管形式的身体组成,底部有一个灯泡,一个由一些吸水材料制成的“头部”(上面总是有一顶礼帽,只有上帝知道为什么)和两个塑料支撑薄钢刀刃枢轴的腿,鸟在其上上下摆动。

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将空气从管中抽出,然后将其充满二氯甲烷,染成蓝色。来自流体的蒸汽充满了管的上部。当鸟的头部被弄湿时,它开始冷却,导致蒸汽凝结。底部灯泡中较热的液体被吸到管子上,导致头部变得头重脚轻,最终鸟儿向下摆动,使喙接触杯中的水。当鸟儿翻过来自较暖底部灯泡的蒸汽泡时,管子会上升,迫使液体回流,鸟儿会直立。随着喙上的水蒸发,循环又开始了。

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漂亮,不是吗?基本机制是在 18 世纪中叶在德国发明的,但我们所知道的它的化身较晚,而且这种玩具似乎是由苏联物理学家 Yakov Perelman 在 1930 年代首次描述的,他也是乐观地题为物理可以很有趣数学可以很有趣。他称这个玩具为“贪得无厌的小鸟”(如果有人能在评论中告诉我什么俄语短语可以合理地翻译为“贪得无厌的小鸟”,我会死得一个快乐的人,或者至少,不那么不快乐)。佩雷尔曼在《娱乐物理学》中谈到了贪得无厌的小鸟, “有一种中国玩具是永远令人惊奇和喜悦的源泉。这就是‘贪得无厌的小鸟’。放在饮水碗前,“小鸟”会将喙浸入水中,“喝完水”,然后摆回最初的直立位置。”

现在有了这些新鲜的知识,让我们重新审视这个问题。或者更确切地说,让我们很快发现其他比我们更大的大脑已经考虑过这个问题并得出了一个该死的结论。对于那些对拉格朗日经典力学比我更有耐心的人,我衷心建议您仔细阅读 2019 年发表在毫无疑问的 8 月《世界工程与技术杂志》上的一篇论文,题为“热机械周期运动的分析”饮鸟。” 该研究指出:

“真正的 DB 玩具的运动不像弹簧或钟摆那样具有精确的周期性,因为每个 DB 周期性振荡的初始条件和起始条件并不完全相同;例如,返回到下部灯泡中的挥发性水量、鸟喙对水杯边缘的影响,环境的温度和湿度完全不同。” 

基本问题是,Drinky Bird 的振荡周期对外部条件极为敏感——该研究引用了环境温度和湿度(影响头部冷却速度)、头部上的水量(同上)机械摩擦甚至鸟撞击盛有水的碗或杯子边缘的力。在其他条件相同的情况下,一般振荡周期似乎稳定在 30-40 秒左右,但与游丝或钟摆不同,Drinky Bird 不是谐波振荡器。谐振子的限定条件是,当它从中性点位移时,它会受到与位移力成正比的恢复力(游丝中的弹簧张力;钟摆中的重力)。 

Drinky Bird就像 Atmos 时钟一样,是一种热力发动机,但在 Atmos 时钟中,为时钟提供动力的充气室的膨胀和收缩被用来为主发条上弦,从而驱动水平的、非常缓慢跳动的摆轮(从技术上讲扭摆)。您也可以使用温度变化来驱动手表。2002 年,一位名叫 Stephen Phillips 的美国制表师和 AHCI 成员推出了他的 EWS(永恒上链系统),其中温度波动影响双金属条,使其弯曲并保持主发条上链。不幸的是,到目前为止,该系统还没有进入工作手表。

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然而,Drinky Bird 在自然频率方面缺乏的东西,它在明显的寿命上又回来了。Drinky Bird 不会永远摆动,但在适当的条件下,它可以摆动很长一段时间。我应该在这里指出,Drinky Bird 不是永动机——这种装置是热力学第二定律所禁止的。DB 摆动的能力取决于内部管道上部和下部之间的温差,只要有允许蒸发的外部温度梯度和水的供应,它就会愉快地摆动。在 DB 玩具中,机械故障可能会在某些时候发生,但让我们想象一个 DB 按照与调节摆钟相同的标准制造,如 Rieflers 或 Shortt-Synchronome 时间标准。

管道将是熔融石英,枢轴将是安装在玛瑙轴承中的硬化钢刀刃,头部将由某种材料组成,该材料能够无限次数地吸水和蒸发而不会降解。(大礼帽留下。)那么,除了机械故障之外,限制将是太阳保持外部温度梯度的能力。预计我们的太阳会有一系列与生命不相容的脾气暴躁,从大约 6 亿年光合作用崩溃开始。然而,人类既聪明又固执,如果那时我们还在(这似乎越来越不可能)并且我们可以移动地球以补偿太阳光度的变化,那么 Drinky Bird 的最终结局事件可能就是碰撞月球与地球在 650 亿年后,当太阳从地月系统中吸收角动量时。我怀疑在那之前很久,即使使用最好的材料,机械故障仍将是限制因素,但仍然具有诗意地想象 Drinky Bird 在永恒中飘荡,水是由一些仁慈的、难以想象的后代提供的智人。 

尽管如此,对于一个贪得无厌、嗜睡的科学玩具来说,这还是一个不错的选择。就像 Atmos 时钟一样,Drinky Bird 不是永动机,但只要有一些外部能源(和水),它就会摆动,快乐或不快乐,我们永远不会知道,通过漫长、缓慢、无尽的万代行进到宇宙的热寂。

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