Su içen kuş

Su içen kuş, herhangi bir su kaynağından su içen bir kuşun hareketlerini taklit eden oyuncak ısı motoru. Bazen yanlış olarak bir devridaim makinesi örneği olduğu düşünülür.

Yapı ve malzeme

Su içen kuş, iki cam ampulün birbirine bir cam tüpler (kuşun boynu) bağlanmasıyla oluşur. Cam tüp aşağıdaki ampulün neredeyse tam içine kadar uzanır ama yukarıdaki ampule sadece bağlanır ve içine yetişmez. Kuşun içinde genellikle renkli bir sıvı bulunur. Sıvı genellikle metilen klorür olarak da bilinen diklorometandan oluşur. İlk zamanlarda trikloroflorometan kullanılıyordu.

Yapım sırasında hava düzenekten kaldırılır, böylelikle kuş içindeki boşluk içerideki sıvının buharlaşmasıyla oluşan buharla dolar. Yukarıdaki cama yani kafa bölümüne keçe tarzı bir malzemeyle örtülmüş bir gaga yapıştırılır. Kuş genel olarak; kâğıt gözler, silindir şapka ve bir veya birden fazla kuştüyü ile süslenir. Hazırlanan bu düzenek kuşun boynundan ayarlanabilir bir kavrama parçasına yapıştırılır.

Su içen kuşun görünüşüne ve oyuncak olarak nitelendirilimesine rağmen, potansiyel cam kırıkları tehlikesine ek olarak bazı güvenlik önlemleri alınmalıdır. İlk modeller sık sık yanıcı özelliği yüksek olan maddelerle doldurulurken sonraki modellerde alev almayan maddeler tercih edildi. Diklorometan cilde temas edince tahriş edebilir.

Adımları

Su içen kuş düzenek içinde, sıcaklık farkından yaralanarak ısı enerjisini basınç farkına dönüştürerek mekanik iş yapan bir ısı motorudur. Bütün ısı motorları gibi su içen kuş da bir termodinamik devre üzerinden çalışır. Sistemin ilk hâli dikey olarak konumlandırılmış ıslak kafalı bir kuştur.

İşlem basamakları şöyle devam eder;

1. Su keçeli kafadan buharlaşır. Buharlaşma cam kafanın sıcaklığını düşürür (buharlaşma ısısı).
2. Sıcaklık düşüşü kafada diklorometan buharının bir kısmının yoğunlaşmasına neden olur.
3. Sıcaklık düşüşü ve yoğunlaşma birlikte kafada bir basınç düşümüne sebep olurlar. (İdeal gaz yasası)
4. Daha sıcak olan alt kısımdaki daha yüksek buhar basıncı sıvıyı yukarıya boyuna doğru iter.
5. Sıvı yükseldikçe kuş kafa kısmında daha ağır olur ve devrilir.
6. Kuş derivrilince, boyun tüpünün alt kısmı alt camdaki sıvının üstünde kalır.
7. Ilık bir buhar kabarcığı açıklıktan yukarı doğru çıkar ve sıvılar yer değiştirir ve devam eder.
8. Sıvı alt cama geri döner (Oyuncak kuş devrilince boyunun eğimi buna izin verecek şekilde tasarlanmıştır) ve alt ve üst ampullerdeki basınç dengelenir.
9. Alt ampuldeki sıvının ağılığı kuşu tekrar dikey pozisyonuna getirir.
10. Alt ampuldeki sıvı kuşun kafasındaki sıcaklıktan nispeten daha fazla olan ortam sıcaklığı ile ısıtılır.

Gaga her düştüğünde içine girebileceği bir bardak su konulursa, kuşun kafasını ıslak tutacak kadar su olduğu sürece su emmeye devam edecek ve devir devam edecek. Eğer kafa yeterince ıslaksa ya da kafa ve alt kısım arasında yeterince sıcaklık farkı sağlanırsa su kaynağı olmadan da kuş dalmaya devam eder. Bu fark buharlaşmalı soğutma olmadan da sağlanabiir. Örneğin; alt ampüle yönlendirilmiş bir ısı kaynağı alt ve üst ampüller arasında makineyi çalıştıracak bir basınç farkı oluşturur. Temel enerji kaynağı oyuncağın baş ve gövde kısmı arasındaki sıcaklık değişimidir. Oyuncak bir devridaim makinesi değildir.

Alternatif operasyon

İkinci türden dalan kuş tanıtılmıştı. Orijinal su içen kuşa benzeyen bu oyun sıcaklık farkı ve uçucu sıvılar olmadan çalışacak. Onun yerine; kapiler hareket kombinasyonu, yerçekimsel potansiyel fark ve makineyi çalıştırıcak olan su buharlaşmasından yararlanacak.

Böyle bir kuşun çalışması şöyle; düzenek öyle bir dengededir ki, kuru olunca baş aşağı pozisyona dalar. Kuş bir su kaynağının yanına yerleştirilir ve bu pozisyon onun gagasının suya dalmasını sağlar. Kapiler hareket ile gagadan dolan su taşıma noktasına gelir. Düzenek tarafından yeterince su aldıktan sonra ağırlaşan alt kısım kuşun baş yukarı pozisyona devrilmesini sağlar. Bu durumda su gagadan tekrar çekilir ve kafa kısmındaki süngerden sonunda yeterince su buharlaşınca düzenek orijinal dengeye döner ve tekrar baş aşağı pozisyona döner.

Fiziksel ve kimyasal prensipleri

Su içen kuş birkaç fizik kanunun ilginç bir gösterimidir bu yüzden kimya ve fizik eğitimlerinin başlıca öğelerindendir. Bu kanunlar;

• Diklorometan 39.6 °C'lik düşük kaynama noktası ile ısı makinesine düşük sıcaklıklardan hareket elde etme kabiliyeti verir. Su içen kuş oda sıcaklığında çalışan bir ısı makinesidir.
• Birleşik gaz kanunu sabit hacimdeki bir gazdan ortaya çıkan sıcaklık ve basınç arasındaki orantılı ilişkiyi belirler.
• Maxwell-Boltzmann dağılımı, moleküllerin belirlenmiş bir boşlukta ve belirlenmiş bir sıcaklıkta enerji seviyelerinin değişeceğini bu yüzden de tek bir sıcaklıkta birkaç evrede (katı/sıvı/gaz) var olabileceğini anlatır.
• Buharlaşma sıcaklığı (ya da yoğunlaşma) maddelerin sabit sıcaklıkta durum değiştirirken ısıyı emeceğini anlatır.
• Tork ve kütle merkezi
• Islak-ampül sıcaklığı: Baş ve gövde arasındaki sıcaklık farkı havanın nispi nem oranına bağlıdır.

Tarih

Çin yapımı olan su içen kuş oyuncak 1910-1930 tarihleri arasında Yakov Perelman'ın Eğlence için Fizik kitabında "açgözlü kuş" olarak tanımlanmıştır. Kitap "açgözlü" mekanizmayı şöyle açıklar: "Kafadaki tüpün sıcaklığı alttaki tüpün sıcaklığından daha düşük olunca bu durum kafa tüpündeki doymuş buharların basıncında bir düşüşe sebep olur." Bu olayın Çin'in Şanghay kentinde tanıtıldığı zaman Albert Einstein ve karısı Elsa'nın oraya vardığı tarih olan 1922'ye denk gelir. İkisi de bu açgözlü kuş oyuncağından büyülenirler. Ek olarak Tohoku Üniversitesi’nden Japon oyuncak profesörü olan Takao Sakai de bu oyuncağı tanıtmıştır. Su içen kuş Amerika'da Miles V. Sullivan adına 1946'da patentlenmiştir. Kendisi doktorasını tamamlamış Murray Hill, New Jersey; Amerika'da Bell Laboratuvarlarında çalışan yaratıcı bir bilim adamıydı.

Popüler kültürde göze çarpan kullanım şekli

Su içen kuş birçok defa otomatik olarak tuşa basması için kurgusal içeriklerde kullanılmıştır. The Simpsons ‘ın "King-Size Homer" bölümünde, Homer bir tanesini tekrar tekrar bilgisayar klavyesinde bir tuşa basması için kullandı. Herb Powell da "Brother, Can You Spare Two Dimes?" bölümünde buluşlara yönelik bir gösterinin parçası olarak Homer’a bir tane göstermişti. İkisi de 1990 yapımı "Darkman" filminde patlayıcıları ateşlemek için kullanılmıştı. Su içen kuşlar Pee-wee's Big Adventure filminde ve Family Guy dizisinin "8 Simple Rules for Buying My Teenage Daughter" bölümünde Rude Goldberg makinesinin bir parçası olarak kullanılmıştır.

Su içen kuşlar 1951'de yayınlanan Merrie Melodies çizgi filminde ve Putty Tat Trouble filmlerinde komplo elemanları olarak göz önüne çıkmıştır. Ayrıca birkaç film de ve TV şovunda da yer almışlardır. Bunlar; bir Woody Allen filmi olan When Harry Met Sally, 2008 filmi Max Payne, 2010 filmi Megamind ve Amerikan TV showlarından The Simpsons, Mad Men ve Ed, Edd n Eddy. Mystery Science Theater 3000 ‘ın 508 bölümünde Bobbing Buzzard adında kafeslenmiş bir su içen kuş su yerine leş ile çalışmaktadır.

Video oyunları arasında su içen kuş, 1989 yılında çıkan Quest for Glory oyununda, 1996 yılında çıkan Normality oyununda, bunların dışında ‘dalan ejderha’ ve Animal Crossing oyunlarında bir ev eşyası olarak gözükmüştür. Porygon2 isimli ikinci nesil bir pokemon da su içen kuşa benzer. Üç boyutlu pokemon oyunlarında başını dalan şekilde oynatarak hareket eder. Son zamanlarda ise 2012 yapımı Quantum Conundrum oyununda oyunun ana mekanikçilerinden biri butonlara basması için bir zamanlayıcı olarak kullanılan su içen kuştur. 2014'te The Creative Assembly şirketinin oyunu Alien: Isolation'da kuşlar oyununun ana ayarlarında Sevastopol İstasyonu'nda masa üzerinde sık sık görülür

Avusturalyalı modern oyun yazarı John Romeril'in The Floating World oyununda su içen kuşlar Les’in cinnetinin ilerleyişinin göstergesi olarak sembolik destek olarak kullanılmıştır. Deli kuşlar olarak da anılırlar ve belki de Romeril’in su içen kuşların yararsızlığı ve tekrar ediciliğinin delice olduğu fikri üzerine böyle bu yönde sembolleştirme olarak kullanılmıştır.

Matematiksel modelleme ve termodinamik analizler

Islak ve kuru ampuller arasındaki sıcaklık farkı düşünülecek olursa, verilmiş olan belli miktardaki sudan üretilecek maksimum işin hesaplanabilmesini sağlayan bir matematiksel ifade bulunabilir Bu tarz analizler Carnot ısı motoru verimliliği tanımına ve psikometrik kavramlara bağlı olarak yapılır.

Ayrıca bakınız

• Minto tekerlek
• Termodinamik