המתקן נראה בתמונה (ולידו הקופסה המקורית בה הוא נקנה):

מתקן זה, המשמש כצעצוע, נראה כאילו הוא יכול לפעול במשך זמן רב, ללא מקור אנרגיה נראה לעין.

מתקן זה יכול לשמש כמעורר מוטיבציה, לקראת לימוד נושאים מדעיים הקשורים ב: חוק שימור האנרגיה, התאדות, שיווי משקל, מרכז כובד, וכו'.

כפי שניתן לראות בתמונה, הציפור נשענת על ציר, הנמצא בערך במרכז הכובד של הציפור.

כדי להבין את פעולת המתקן, מומלץ קודם להבין את פעולת "מד האהבה", הפועל על עקרונות דומים ופשוט יותר להבנה.

מבנה המתקן:

המתקן בנוי מצינור חלול ישר, המחובר לשני כדורים דומים בשני קצותיו. לכדור העליון (ראש הציפור) הוא מתחבר ישירות (פתוח אל פנים הכדור), ולכדור התחתון (בטן הציפור), הצינור הישר חודר, עד כמעט לדופן הנגדית שלו.

מרוקנים את המערכת מאוויר, וממלאים בנוזל מיוחד.

הנוזל הנמצא בתוך הציפור, הוא בעל התכונות הבאות:

• נוזל בעל לחץ אדים גבוה בטמפרטורת החדר, כמו מתילן כלוריד (Methylene Cloride CH2Cl2), אֶתיל אֵתֵר (Ethyl Ether), או פריאון (Freon 11 CCl3F) (לא מומלץ כי הוא מזיק לסביבה).
• חום התאדות נמוך (כדי שיתאדה מהר).
• צפיפות גבוהה (כדי שישנה את מצב שיווי המשקל מהר).
• אם בוחרים נוזל שטמפרטורת הרתיחה שלו קרובה לטמפרטורת הסביבה, ניתן ממש לבצע רתיחה של הנוזל.

ציר התנועה (תנודות) של הציפור נמצא במאונך לציר הציפור (הצינור הישר), ונשען על הרגליים הקבועות שלה.

ראש הציפור (הנוטה מעט קדימה במצב שיווי המשקל), ובעיקר המקור שלה, מצופים בחומר ספוגי, האוגר מים כל פעם כאשר הוא נמצא בתוך הכלי עם המים.
עקרונות פעולת המתקן:

• במצב מנוחה, הציפור מיוצבת על ציר הסיבוב, כך שראשה נוטה מעט קדימה. כל הנוזל מרוכז בכדור התחתון (בטן הציפור).
• תחילת פעולת המתקן מבוצעת על ידי הרטבה של ראש הציפור. אין כאן פעולת "שתייה", אלא עליית המים בפעולה נימית (Capillary Action) לחומר הסופג העוטף את כדור ראש הציפור.
• כאשר הציפור, שראשה רטוב, נמצאת עם המקור מחוץ למים, המים מתאדים ממעטפת הראש לסביבה.
• פעולת האידוי קולטת חום, ובכך מתקררים האדים הנמצאים בתוך ראש הציפור (Evaporative Cooling).
• טמפרטורת הגז (אדים) הנמצא בתוך ראש הציפור יורדת, ולכן גם קטן הלחץ של האדים בתוך כדור הראש ולכן קטן גם נפחם.
• כתוצאה מהפרש הלחצים שנוצר בתוך הציפור, בין ראש הציפור לבסיסה, עולה הנוזל בתוך הצינור הפנימי, לכיוון הראש.
• מכיוון שבתחילה הציפור עלתה ממצב של "שתייה" לכיוון מצב של עמידה, ומכיוון שהיא מאוזנת על ציר סיבוב, הציפור מבצעת תנודות סביב מצב שיווי משקל. מיקום מצב שיווי המשקל משתנה עם הזמן, כי הנוזל עולה בתוך הצינור כלפי מעלה. כאשר הנוזל עולה לכיוון הראש, מרכז הכובד של הציפור עולה כלפי מעלה. מכיוון שמרכז הכובד לא נמצא בדיוק מעל נקודת המשען (ציר הסיבוב), אלא מעט קדימה, עקב הנטייה הראשונית של הציפור, הציפור נוטה כלפי מטה, עד להירטבות המקור במים, והתהליך חוזר על עצמו.
• כמות הנוזל בציפור תוכננה כך, שכאשר הציפור במצב אופקי, הצינור אופקי, כאשר החלק התחתון של הצינור נמצא מעל פני הנוזל. כתוצאה מכך, חלק מהצינור הפנימי מלא בנוזל וחלקו באדי גז. כך יכולים הלחצים בין הראש לבסיס להשתוות, הנוזל זורם מהראש לכדור התחתון, הגז (אדים) זורם מהכדור התחתון לראש (איזון לחצים) והציפור חוזרת למצבה המקורי. עקב הגרביטציה הכדור התחתון שמתמלא שוב בנוזל, מחזיר את הציפור למצב בו הראש שלה מוטה רק מעט קדימה. כלומר, הציפור מוציאה את הראש מהמים, והתהליך מתחיל מחדש.
• העיקרון הפיזיקאלי עליו מבוססת פעולת המערכת, הוא הפרשי הטמפרטורה (Temperature Gradient) בין חלקה העליון של הציפור (כדור הראש) לחלקה התחתון (בטן הציפור). כאשר חלקה התחתון של הציפור חם מחלקה העליון, הנוזל בתוכה מתעבה בחלק העליון. כתוצאה מכך, עקב נטיית הציפור קדימה, עודף הנוזל בראש הציפור יוצר מנוף (שהזרוע שלו עד לציר הסיבוב), המטה את הציפור קדימה, עד שהמקור טובל במים.

ניתן לצפות בסרטון המדגים את פעולת המתקן, באמצעות לחיצה על הקישור הבא.

המתקן משמש להדגמת פעולה של "מכונת חום", תוך שימוש בחומר נוזלי, שכמות החום הנדרשת להתאדותו נמוכה (מעבר ממצב נוזל למצב גז בפני השטח של הנוזל).

מודל זה הומצא בשנת 1945 על ידי Miles V. Sullivan, ונרשם כפטנט מספר 2,402,463 בארה"ב, בשנת 1946.

הדגם נקרא באנגלית בשמות שונים (שבאמצעותם ניתן לחפש עליו מידע באינטרנט):

"Dippy Bird".
"Drinking Duck".
"Dunking Bird".
"Magic Bird".
"Thirsty Bird".
"Bobbing Bird".

דוגמאות לשאלות המתאימות לדיון כיתתי:

• מה גורם לעליית הנוזל בצינור?
• מה גורם לירידת המקור למים?
• מה גורם להתיישרות הציפור למצבה המקורי?
• מה הסיבה שכל ראש הציפור מכוסה בחומר ספוגי?
• האם ניתן להפעיל את הציפור, גם ללא המים שהיא "שותה"?
• האם "הציפור השותה" מהווה דוגמה של "מכונה הפועלת לנצח" (Perpetual Motion)?
• מהם התנאים לפעולת "הציפור השותה"?
• איך תוכלו לגרום ל"ציפור השותה" להאיץ את פעולתה?
• האם בחדר עם לחות גבוהה, הציפור תפעל מהר יותר, או לאט יותר? הסבירו.
• אם נפעיל מאוורר קטן, המכוון רוח אל ראש הציפור, מה ישתנה?
• איך קשורה טמפרטורת המים שהציפור "שותה", לקצב פעולת המערכת?
• האם קצב פעולת הציפור, יכול לשמש כמדד ללחות היחסית באוויר סביב הציפור?
• מה יקרה אם נכסה את "הציפור השותה" בכלי סגור (אקוואריום הפוך)?
• האם "הציפור השותה" יכולה לבצע עבודה חיצונית? (כמו להזיז עצם חיצוני).
• האם ניתן להפעיל את הציפור ללא הרטבה של הראש?
• מה יקרה אם במקום "לשתות" מים, נשים בכלי אלכוהול?

אילו נושאים מדעיים ניתן ללמד, הקשורים ל"ציפור השותה"?

• אידוי (Evaporation).
• התעבות (Condensation).
• לחץ אדים (Vapor Pressure).
• מרכז כובד (Center of Gravity).פע
• פעולת נימיות (Capillary Action).

בספרות המדעית, פורסמו מאמרים רבים המתארים את פעולת "הציפור השותה", כמו לדוגמה:

"A Dunking Bird of the Second Kind", N. Abraham, P.P. Muhoray, Am. J. Phys. 72(6), pp. 782-785, June 2004.
בביבליוגרפיה של מאמר זה, מופיעים עוד 16 מאמרים שפורסמו על הנושא. המאמר עצמו מתאר מערכת אחרת, שאינה "מנוע חום", אך מתאר בתחילתו את עקרונות ה"ציפור השותה".
"The Drinking Bird and the Scientific Method", D. L. Frank, Journal of Chemical Education, Vol. 50(3), p. 211,  March 1973.
"Physical Chemistry of the Drinking Duck",  R. E. Wagner, Journal of Chemical Education, Vol. 50(3), p. 213, March 1973.
"The Hydro-Thermal-Dynamical Duck; A Sketch of His Uses in the Classroom, and the Laboratory", H. Bent,  H. Teague, Journal of College Science Teaching, Vol. 8(1), p. 18-28, September 1978.
קיימים גם מספר פטנטים (שמזמן פג תוקפם), של ה"ברווז השותה", כגון:

• U.S. Patent 2,384,168 משנת 1945.
• U.S. Patent 2,402,463 משנת 1946.

האם ניתן להשתמש בעקרון הפעולה של "הברווז השותה" לפתרון בעיה טכנולוגית של העלאת מים מעבר לחומה נמוכה?

במצריים, קיימת בעיה של העלאת מי הנילוס, אל מעבר לחומת עפר, לצורך השקאת השדות במים.

מכיוון שלחקלאים באזור אין מקורות אנרגיה זמינים, ואין תשתית מתקדמת, חיפשו אפשרות למתקן פשוט, שיבצע את הפעולה.

ברוב המקומות, החקלאים משתמשים בבורג ארכימדס המופעל באופן ידני, או באמצעות בעלי חיים.

אחת ההצעות, של חברת Rand בארה"ב, משנת 1968, הייתה לבנות מתקן דמוי הברווז השותה.

נתוני המקום:

• מזג אוויר חם ויבש.
• שמיים ללא עננים ברוב ימות השנה.
• רוחות יבשות, במהירויות של 5-10 מיילים בשעה במהלך כל השנה (לא עוצמה מספיקה להפעלת טורבינות רוח).

תהליכים מוצעים:

• אידוי.
• חימום.

שימוש בעקרונות "חשיבה המצאתית מובנית" למציאת פתרון טכנולוגי להפיכת ה"ברווז השותה" למתקן יישומי טכנולוגי:

שימוש ב"תכסיס ההיפוך":

• ב"ברווז השותה", הראש מתקרר כתוצאה מהתאדות המים.
• במתקן הטכנולוגי המוצע, הכדור התחתון של המתקן יהיה צבוע בשחור (צבע הבולע קרינה אלקטרומגנטית). הכדור יתחמם כתוצאה מקרינת השמש, וייווצר הפרש הטמפרטורות הנדרש לפעולת המתקן.