No se trata de un pájaro con un doctorado en física. Se trata de un sencillo juguete que inventó un ingeniero hace 70 años. El juguete es un pájaro que está permanentemente oscilando, y que de vez en cuando se inclina sobre su eje para beber un poco de agua. El “pobre” tiene sed, porque funcionar indefinidamente es muy cansado.
Si quieres ver cómo funciona, aquí te dejo un vídeo del famosos pájaro, trabajando sin descanso durante 10h.
El funcionamiento es aparentemente sencillo, pero esconde una cantidad realmente interesante de conceptos de la física. Al beber agua, la cabeza de fieltro del pájaro se moja. El agua retenida en el fieltro se evapora debido a un fenómeno de presiones parciales. Dicho de manera más sencilla, el aire, cuando hace calor, funciona como una esponja, y es capaz de evaporar agua (¡incluso si no está a 100.C!). Cuando has derramado el agua de un vaso sobre la mesa, ¿nunca te has preguntado cómo es posible que ese agua se evapore, incluso en invierno? Bien, entendido esto, pasemos al siguiente paso para entender a nuestro sediento pájaro.
Cuando el agua del fieltro se evapora, está absorbiendo calor del bulbo que está en su cabeza, igual que cuando tu sudor se evapora para refrescarte el cuerpo en verano (ya ves que en las estaciones del año también hay mucha física…). Al enfriarse ese bulbo, también desciende su presión (las partículas del gas pierden energía y chocan con menos fuerza contra las paredes). Al haber más presión en los pies del pájaro que en su cabeza, el líquido de su interior se ve empujado hacia arriba. También se da una condensación del líquido que hay en su interior, pero como esto es más avanzado, porque implica conocer los estados de equilibrio líquido-vapor, y no es necesario para entender el funcionamiento del pájaro, os lo dejo para que lo reflexionéis cuando estéis en la universidad y vuestros profesores de termodinámica os enseñen estos temas tan fascinantes.
Lo siguiente que tenemos que saber es, que a medida que el líquido asciende por el cuello del pájaro, su cabeza va siendo cada vez más pesada que sus pies, hasta que… ¡Pufff! Se cae al agua de bruces. Seguramente ya tenía sed… Lo que realmente ha ocurrido aquí es que el centro de gravedad del pájaro se ha ido desplazando. Una vez que está más allá de su punto de apoyo, el pájaro cae hacia delante. Dentro del pájaro las presiones de ambos bulbos se igualan, permitiendo al líquido volver a su estado inicial. Por otro lado, la cabeza del pájaro vuelve a humedecerse, para empezar una vez más todo el proceso.
Como hemos visto, el pájaro bebedor es un pájaro con mucha física, ¡y eso que no hemos hecho más que empezar! Ahora toca la parte emocionante… ¡Hay que hacerse preguntas!
1. La primera es, ¿realmente puede el pájaro bebedor funcionar indefinidamente? (Lo que conocemos en termodinámica como móvil perpetuo de primera especie). ¿Podría funcionar si le retiramos el agua?
Desgraciadamente, no. Una vez más, las leyes de la termodinámica nos ganan la partida. El agua es indispensable para que funcione el juguete. Ya hemos visto cuál es su función, pero todavía podemos ir mucho, mucho más allá. ¿Está funcionando el agua como un aporte de energía? En cierta manera, sí. Parece increíble, ¿verdad? La explicación es la siguiente, y prepárate porque esta es una de las grandes: “cualquier elemento del universo fuera de su estado de equilibrio es una fuente de trabajo”. Para imaginar esta gran frase podemos compararlo con un muelle. Si estiramos el muelle, es decir, lo sacamos de su estado de equilibrio, cuando lo soltemos éste volverá a su posición de reposo, y todos sabemos que si atamos algo a un muelle es capaz de mover cosas. Lo mismo ocurre con la termodinámica. Como el agua al evaporarse está enfriando el bulbo por debajo de la temperatura ambiente, el bulbo está fuera de su equilibrio (porque como sabéis, los cuerpos ceden o absorben calor hasta que se igualan sus temperaturas). Igual que el muelle estirado quiere volver a comprimirse, nuestro bulbo frío quiere volver a estar a temperatura ambiente, y en este proceso también es capaz de mover cosas (en nuestro caso, el líquido del interior del bulbo).
Por lo tanto, si no tenemos ese aporte de agua, no estamos aportándole a nuestro pajarito la energía necesaria para moverse.
2. ¡A nuestro pájaro bebedor se el quitan las ganas de beber con el frío! ¿Por qué ocurre esto?
Bueno, sin duda a todos nos pasa, que con el frío da más pereza hacer cosas, y nuestro pájaro bebedor no es una excepción. Pero la explicación detrás de ello es sorprendente. Cuando bajan las temperaturas, también disminuye la capacidad del aire de absorber agua. Como decíamos antes, pierde sus propiedades de esponja. Esto se debe a que baja la presión de saturación del vapor, y por tanto para igualar las presiones parciales del agua del aire con el agua líquida, hace falta menor cantidad de líquido. Pero esto una vez más, es tarea pendiente para cuando estéis en la universidad. Mientras tanto, nos quedaremos con la siguiente expresión: el aire está saturado, “ya no le cabe más agua”. Si no puede absorber más agua, nuestro pájaro no podrá evaporar el agua del bulbo y, por tanto, tampoco se enfriará el interior. ¡Una lástima!
3. ¿Sólo bebe agua? ¿Y si quiero… por ejemplo, hacerlo funcionar con calor?
Pues no habría ningún problema, pero antes de seguir leyendo, espero que ya hayas resuelto la siguiente duda, ¿qué bulbo deberías calentar? ¿El de la cabeza o el de los pies? Pues nunca mejor dicho… ¡No te calientes la cabeza! Si lo haces se te irá en este caso la sangre a los pies, porque estarás aumentando la presión del bulbo superior, haciendo que “empuje” el líquido hacia abajo. Por el contrario, si el que calientas es el bulbo de los pies, estarás aumentando su presión, y haciendo que el líquido suba hacia arriba.
Si lo anterior descoloca la idea que ya te habías hecho de que el pájaro funciona gracias al agua que lo enfría por debajo de la temperatura ambiente, ¡no te preocupes! Para entender este nuevo cambio en el experimento sólo hay que darle una vuelta de tuerca. En este caso, no has alterado el equilibrio poniendo al sistema “por debajo del ambiente” (más frío), sino justamente al revés. Lo has puesto “por encima” (más caliente que el ambiente), pero el fundamento es exactamente el mismo.
4. ¿Cuál es la siguiente pregunta?
Cualquier pregunta que se te pueda ocurrir… Si el universo no es infinito, sí lo son las preguntas que podemos hacernos sobre él. Y no te quepa duda que sobre este pájaro bebedor aún quedan muchas por hacerse. Y cuanto más sepas, más preguntas tendrás, por eso te invito a que dentro de unos años, cuando pases por la universidad, vuelvas a este problema con una mirada mucho más amplia, y seas capaz de hacerte preguntas que hasta ahora no habías imaginado…
