La termodinámica del juguete llamado el pájaro bebedor



El dispositivo denominado "drinking bird" (pájaro bebedor), "dunking duck" (pato que se remoja) o nombre similar, es una ingeniosa máquina térmica de juguete con aspecto de pájaro, que al cabo de cierto tiempo de prepararse, comienza a inclinarse (como si fuese a beber). Luego vuelve a su posición casi vertical y el ciclo se repite.

El "animal" está formado por una especie de esfera inferior ("cuerpo") de vidrio, y otra superior ("cabeza"), comunicadas por un tubo ("cuello") también de vidrio. Este conducto llega hasta el borde interior de la cabeza (sin entrar) pero penetra casi hasta el fondo del interior del cuerpo (ver foto del bicho desarmado).

El interior del cuerpo está parcialmente ocupado (un 60% aprox.) por un líquido con colorante (típicamente rojo o, como en este caso, azul), que separa el aire encerrado en el cuerpo, del aire encerrado en el cuello y la cabeza.

Para darle aspecto de pájaro, tiene algunas plumas en el cuerpo y algo de decoración en la cabeza. Todo este conjunto de unos 16 cm de largo, tiene una pieza metálica colocada casi en el centro del tubo de vidrio, para que pueda balancearse en una base de plástico (con forma de "patas"). Un pequeño sombrero plástico cubre la parte donde se ha quitado un poco de aire y se ha cerrado el vidrio.

Cuando todo el pájaro (líquido, aire interior y vidrio) está a la misma temperatura que el ambiente, no sucede nada. Pero si la superficie exterior de la cabeza se moja con un líquido, éste se evapora, absorbiendo de la cabeza, la cantidad de calor necesaria para cambiar de estado líquido a vapor.

En virtud de la ecuación de estado de los gases:

p x V / T = constante (para gases ideales)

que relaciona la presión p con el volumen V que ocupa esa cantidad de gas, y con su temperatura T, el enfriamiento de la cabeza baja la temperatura T del aire interior, y consecuentemente, la reducción del volumen V de esa cantidad de aire tiende a disminuir la presión p en el cuello. Entonces, sube una columna de líquido azul, hasta que la presión del cuerpo equilibra la del cuello más la de la columna de líquido

A medida que continúa el enfriamiento, continúa aumentando la altura de la columna. Como el plumífero está levemente inclinado, la elevación del líquido cambia la posición del centro de masa haciendo que se incline más aún.

Finalmente, debido al líquido que subió a la cabeza, el pájaro se inclina tanto que alcanza a subir aire y a bajar líquido, hasta que el pájaro queda otra vez en el estado inicial, bajando el centro de masa y en posición casi vertical. El proceso lo deja oscilando lentamente, lo que aumenta la evaporación del líquido que moja el exterior de su cabeza, y todo el ciclo vuelve a repetirse.


Drinking Bird 2005 The Original Drinking Bird
http://www.thedrinkingbird.com/

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