【物理原理】烟花的物理学原理，它的大小、形状和颜色是怎么来的？

这个黑色粉末其实就是火药。接下来我们只需要的一些氧气和一个很小的热源就可以将其点燃。实际上硝酸钾就是很强的氧化剂，火药燃烧的氧气就来源于此，因此烟花甚至可以在没有氧气的外星球上燃放。所以，等我们哪天登上火星，可以在火星上来一场烟花表演。

至于点火源，这更简单，一根火柴足以。

当我们把一切准备就绪，划根火柴会发生什么？

瞬间火光四溅，并伴随“砰”的一声，如果你跑的慢一点，有可能手还会被熏黄。但是，一个简单的“爆炸”并不是烟花，这只是烟花的一部分。真正的烟花要比这复杂的多。

想要制作一个好的烟花需要考虑四大要素：高度、大小、形状和颜色。爆炸的火药只是后三种情况的催化剂，是一个烟花的开始。

在这四个要素中高度最容易理解。

因为发射烟花的方式和发射炮弹的方式是一样的！在一个底部封闭的管道中，放入推进火药，点燃以后就可以利用火药燃烧产生的高温气体将烟花“炮弹”推射出去。

烟花“炮弹”的高度取决于初始速度，烟花越大需要的初始速度越高。一个小型的烟花表演发射的烟花“炮弹”直径在5厘米到15厘米之间，打出的炮弹高度在60-150米之间。一个大型烟花表演，烟花“炮弹”的直径高达近1米，这些烟花打出的高度通常超过300米。

烟花“炮弹”在被底座炮筒打出的那一刻，如果一切正常引信就会被点燃，并在上升的过程中燃烧。出于美观和安全的考虑，我们需要将大型烟花尽可能发射到更高的高度。因为高度越高，烟花就越好看，能看到的人也就越多，而且更加安全，毕竟烟花也是火。

更大的烟花不仅需要更大的升力，还需要更大的爆发力来推动烟花的爆炸！所使用的升力必须足以将烟花发射到上面描述的必要高度，这也解释了为什么更大的烟花会发射到更高的高度。

只要烟花“炮弹”不是“哑弹”，只要引信点燃并以适当的速度燃烧，烟火“炮弹”将在其飞行的顶点或附近爆炸。高一些的烟花通常会更大一些，因此会更有美感，也更安全。但是是什么决定了烟花壮观的形状呢？为了找到答案，我们需要了解烟花的内部结构。

烟花有许多不同的风格，但有三个重要的因素，炮弹里的火药的类型、装药方式和星体。

炮弹里的装药可以是简单的火药，也可以是更复杂的炸药，装药方式可以是简单的一级装药（在空中爆炸一次）甚至是多级装药（在空中爆炸多次）。另一方面，炮弹里的星体在爆炸后可以向各个方向发散，产生更为壮观的美丽景象。

而星体的发射方向和模式取决于烟花的组合方式，每一级的火药爆炸都可以把星体推到事先设计的模式或方向上。星体在空中的排列方式就产生了我们看到的各种形状。

在每一级的烟花“炮弹”爆炸时，内部的单个星体都会被点燃。这是烟花最有趣、最壮观的部分。

而每个星体内部还装有火药，为其提供推力，例如使单个星体旋转、上升或向任意方向推进，这些星体也是烟火中绚丽的光和颜色的来源。

这些星体是如何决定烟花的颜色？最简单的解释是不同的元素和化合物有不同的特征发射谱线。举个例子，如果把钠加热，它会发出特有的黄色光，因为它在588纳米和589纳米处有两条非常窄的发射线。(街边的钠灯，里面就充着钠蒸汽。)

我们有各种各样的元素和化合物，它们会发出各种各样的颜色！不同的钡、钠、铜和锶的化合物可以产生覆盖大量可见光谱的颜色，而烟花中嵌入的不同化合物是我们看到的各种颜色的原因。如下图所示：

这就是烟花的工作原理，从发射到合适的高度，再到爆炸，再到烟花表演的大小、图案和颜色！当然，我们唯一没有提到的是烟花爆炸时会发出的“砰”的声音，这是最简单的！

火药爆炸会产生向外移动的压力波。在压力波的前面，压力会达到非常高的水平，是正常大气的许多倍。我们听到的“轰隆”声仅仅是因为空气压力的快速变化的结果，这就是所有的声音产生原因，一种压力波。

这就是烟花的物理原理！

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