煙花的隱藏科學(xué)
? ? ? ? 沒(méi)有什么傳統(tǒng)能像七月四日的煙火表演那樣。草坪椅子和毯子排列在草坪觀景區(qū),觀眾們等待著迷人的色彩、驚心動(dòng)魄的爆炸和有趣的形狀在天空中綻放。這個(gè)活動(dòng)可能是神奇的——尤其是對(duì)于孩子們來(lái)說(shuō)——但當(dāng)然,這一切都是細(xì)致的化學(xué)和巧妙的彈道學(xué)的產(chǎn)物。在幕布后面——在離旁觀者觀看點(diǎn)有一段距離的河上的一艘駁船上——有各種尺寸的褐色圓柱形和球形罐,放置在筒狀管中,并連接到一個(gè)中央控制器。工程師按下一個(gè)按鈕,將電脈沖傳送到40英尺的電線,傳至第一個(gè)罐頭。脈沖點(diǎn)燃罐底的導(dǎo)火索,導(dǎo)火索燃燒到黑色火藥,將炮彈拋向天空。
? ? ? ? 與此同時(shí),一個(gè)時(shí)間延遲引信被觸發(fā),使炮彈在爆炸之前有時(shí)間升空。大約5秒后,炮彈達(dá)到頂點(diǎn),引信點(diǎn)燃爆炸藥,噗!——外殼破裂,紅色、白色和藍(lán)色的絢麗枝條飛入天空。如果有任何一點(diǎn)偏差——火藥過(guò)多或觸發(fā)器錯(cuò)位——一切都可能失敗。每個(gè)步驟都是一個(gè)復(fù)雜而精心設(shè)計(jì)的過(guò)程。如果有任何一點(diǎn)偏差——火藥過(guò)多、星星錯(cuò)位或觸發(fā)器錯(cuò)位——一切都可能失敗。以下是專業(yè)人士如何在每年進(jìn)行的同時(shí),超越去年的煙花表演的一瞥。
? ? ? ? ?煙花炮彈煙花起初是手工制作的炮彈,外觀相當(dāng)普通,包裹在經(jīng)過(guò)處理的紙板和重紙中。但在這些炮彈的內(nèi)部,是控制煙花如何起飛、爆炸和在夜空中呈現(xiàn)的藍(lán)圖。炮彈內(nèi)部包括燃料、產(chǎn)氧劑、粘合樹脂和產(chǎn)色劑,所有這些都被仔細(xì)混合成一個(gè)食譜,像賓夕法尼亞州紐卡斯?fàn)柕腪ambelli Fireworks Internationale和加利福尼亞州里阿爾托的Pyro Spectaculars等著名的煙花公司都將其鎖起來(lái)。煙花最熟悉的特征就是在炮彈破裂時(shí)噴射出的輻射狀枝條和羽毛。這些色彩斑斕的突起中的每一個(gè)都有一個(gè)匹配的煙花顆?;蛐切?,即炮彈內(nèi)的相同種子。
? ? ? ? ? 炮彈內(nèi)部星星的特定排列決定了煙花在空間中的展開方式。例如,笑臉或星形排列會(huì)爆發(fā)出具有完全相同形狀的煙花。星星本身有許多形狀和大小,從圓形、面團(tuán)狀的球體到類似日常電池的壓制塊。還有其他星星可以被精心地手工裝入小管中,插入炮彈中產(chǎn)生火箭推進(jìn)效果,沿著蜿蜒的軌跡發(fā)送出色彩的群集。這些圓形星星的大小可以像豌豆一樣小,也可以像柑橘一樣大。
? ? ? ? ?較大的顆粒有更多的材料可以燃燒,從而使從它噴發(fā)出的羽毛擴(kuò)散到更遠(yuǎn)的空間并持續(xù)更長(zhǎng)時(shí)間。壓制的顆粒通常被稱為彗星星,因?yàn)樗鼈儺a(chǎn)生的效果類似于寬刷的筆觸,而不是從圓形星星上升的細(xì)長(zhǎng)絲狀。由于彗星星比較重,它們的燃燒時(shí)間也更長(zhǎng),留下了蓬松的邊緣和特有的棕櫚樹狀羽毛。成分煙花的構(gòu)造不僅僅包括爆炸藥和煙花星星。還有約30種其他對(duì)食譜成功至關(guān)重要的成分。
? ? ? ? 為了使所有部分保持在原位并防止崩碎,煙火技師會(huì)添加像糊精這樣的粘合劑。由70%硝酸鉀、15%木炭和10%硫制成的黑火藥被用來(lái)將炮彈從地面上的發(fā)射管推入空中。當(dāng)混合物一起反應(yīng)時(shí),木炭燃料與一些離開硝酸鉀的氧分子結(jié)合。所產(chǎn)生的木炭氧化合物只需要少量的能量。