Квантовая физика в фейерверках: что скрывается за яркими шоу

Взрывы и яркие цвета фейерверков, которыми восхищаются миллионы людей, обязаны своим существованием квантовой физике. Разбираясь в процессе их работы, можно понять, насколько сложными и увлекательными являются эти явления.

Компоненты фейерверков

Фейерверки состоят из четырёх основных стадий: запуск, фитиль, заряд взрыва и звёзды. Основные ингредиенты для их создания – это сера, древесный уголь и нитрат калия. Сера – жёлтое твёрдое вещество, встречающееся в вулканически активных районах, нитрат калия содержится в природных источниках, таких как птичий помёт и гуано летучих мышей. Древесный уголь, используемый в фейерверках, – это углеродный остаток от обугливания органического материала, такого как дерево. Все эти ингредиенты смешиваются в тонкий чёрный порошок – порох.

Процесс запуска

Запуск начинается с первого взрыва, известного как подъёмный заряд. Этот взрыв обеспечивает импульс, который ускоряет фейерверк вверх, и зажигает основной фитиль, который взрывает фейерверк на пике его подъёма. Размеры фейерверков варьируются от маленьких (диаметром 5 см и высотой подъёма 60 м) до крупных (диаметром 90 см и высотой подъёма 300 м).

Фитиль и задержка взрыва

Фитиль обычно состоит из чёрного пороха, окружённого текстильным материалом, покрытым воском или лаком для водонепроницаемости. Внутренний стержень фитиля контролирует скорость горения, определяемую материалом, количеством и диаметром нитей. Фитиль медленного горения может занять до 30 секунд на фут, в то время как быстрогорящий фитиль сгорает за секунды.

Взрывной заряд и распределение звёзд

Заряд взрыва контролирует размер и распределение звёзд. Внутри фейерверка фитиль соединён с зарядом взрыва, окружённым звёздами, которые создают цвет. Заряд может быть простым порохом или сложным составом, например, вспышечным порошком, создающим многоступенчатые взрывы. Разные химические соединения в звёздах дают различные цвета благодаря квантовым переходам, которые определяют энергетические уровни вещества.

Цвета фейерверков

Когда звёзды достигают достаточной температуры, они испускают свет. Например, натрий при нагреве излучает жёлтый свет из-за своих узких эмиссионных линий на 588 и 589 нанометров. Существуют различные элементы и соединения, такие как барий, медь и стронций, которые могут создавать широкий спектр видимых цветов.

Перцепция цветов

Интересно, что цвет, который мы видим, может не совпадать с истинным цветом, излучаемым фейерверком. Наши глаза воспринимают цвет на основе реакции трёх типов клеток в сетчатке на свет разных длин волн. Наш мозг интерпретирует эти сигналы и формирует восприятие цвета.

Заключение

Фейерверки могут казаться простыми взрывными устройствами, но их работа глубоко связана с квантовой физикой. Зная, как именно работают фейерверки, можно больше ценить зрелище, которое они создают. В следующий раз, наслаждаясь фейерверками, стоит помнить о сложных физических процессах, лежащих в основе этих ярких и захватывающих шоу.