Научное искусство взрыва: как устроен фейерверк?

Слово «взрыв» обычно ассоциируется с чем-то опасным и нежелательным, с разрушением и неприятными последствиями. Но еще в 1232 году китайские монахи научились контролировать взрывы, использовать их для развлечения, создав из пороха и солей металлов праздничные ракеты, которые мы сейчас называем фейерверками. Человечество развивалось, и простые одноцветные ракеты превращались в масштабные пиротехнические шоу с рисунками и разноцветными огнями, танцующими высоко в небе. Но фейерверки — это не просто красивое зрелище, а сложный научный процесс, основанный на химии, физике и инженерии.

Каждый эффект фейерверка – это комплекс контролируемых химических реакций, которые создают свет, звук и цвет. Существует множество видов фейерверков, и выглядеть они могут совершенно по-разному. Например, любимая всеми бенгальская свеча тоже считается фейерверком, хоть не взлетает в воздух и не взрывается. Общим для всех видов этого шоу является наличие пиротехнической смеси, поджигание которой делает горение возможным, и окислителей, взаимодействующих с металлами для получения нужного эффекта. При смешивании и поджигании этих веществ происходит экзотермическая реакция, выделяется тепло и газ.

Разные металлы и их соли придают фейерверкам характерные цвета. Химические элементы возбуждаются при горении и испускают свет определенной длины волны. Например, стронций дает ярко-красный цвет, медь — зелёный, а натрий — жёлтый. Алюминий, титан и магний используются для создания серебряных и белых искр, а углерод – для золотистых огоньков. Золотой самородок делает взрыв по форме похожим на звёзду.

У большинства видов фейерверков есть картонный, пластиковый или металлический корпус, исключая, разве что, бенгальскую свечу, у которой пиротехнический состав нанесен просто на металлическую палочку и открыт. Корпус удерживает все компоненты вместе и защищает их до момента запуска, помогает направить взрыв в нужную сторону. В корпусе, как правило, содержится основной заряд, вышибной заряд и фитиль. В одном корпусе может содержаться и несколько зарядов с разными эффектами, разделённых специальными заглушками. Такие фейерверки называют мультиэффектными. Они пользуются наибольшей популярностью за счёт своей красочности.

Фейерверки запускаются с помощью фитиля или электрического сигнала. Когда фитиль сгорает до пороха, воспламеняется вышибной заряд и происходит детонация, которая поднимает фейерверк в воздух. Окислители при высокой температуре выделяют кислород, который начинает взаимодействовать с солями металлов. И, когда фейерверк достигает своей высоты, начинается главное зрелище. Специальный механизм (обычно это небольшая детонация) активирует основной заряд, который вызывает яркий взрыв и рассеивание огней по небу.
Масштабные пиротехнические шоу обычно делаются с помощью комбинаций из нескольких видов фейерверков и фигур из огней, за создание которых отвечают специальные устройства, размещающие заряды определённым образом до запуска. Но масштабные зрелища с фигурами требуют контроля специалиста и подходят далеко не всегда, поэтому придумано множество других видов фейерверков.

Салют. Это может удивить, но слова «салют» и «фейерверк» не являются синонимами. Салют – это вид фейерверка, небольшая бумажная заряженная гильза или ствол, которая выбрасывает на высоту 15-50 м парашюты или горящие звездки. Салюты часто собирают в батареи до нескольких десятков стволов и используют на больших открытых площадях.

Фонтан. Это картонный корпус, заполненный горючим веществом, например, углем, серой. Для создания белых искр и эффекта водопада в составе присутствует магний. После поджига фитиля в верхней части фонтан испускает поток ярких искр на высоту до нескольких метров. Процесс может сопровождаться свистом, треском, выбросом огненных шаров. Горят фонтаны от нескольких секунд до 2-3 минут. Большинство из них можно применять только на открытом воздухе, но для помещений выпускаются специальные малодымные настольные и концертные фонтаны. По устройству на фонтан похож другой эффектный фейерверк: солнце. Он вращается вокруг горизонтальной оси и образует зрелищный световой круг, разбрасывая искры.
На ночных праздниках часто используют летающий фейерверк. Он раскручивается на земле и взлетает вверх на высоту до 20 м, разбрасывая искры. Фейерверк может ярко светиться различными цветами, хлопать, выбрасывать парашют. На его бумажном цилиндрическом корпусе обычно есть крылышки, но некоторые фейерверки поднимаются вверх за счет дополнительного реактивного двигателя.

Самые же привлекательные черты фейерверка демонстрирует ракета. Энергичный старт, яркий искристый след, громкий хлопок и красочные огни – всё это обеспечивает флеш порох с ослепительно белым цветом яркого пламени. Ракеты взлетают на высоту до 100 м. Зрелищный фейерверк состоит из двигателя, головной части и стабилизатора. Обычно это деревянная палочка, неподвижно прикреплённая к её корпусу для обеспечения вертикального направления полёта. В небольших ракетах двигатель и головная часть сделаны в виде единой бумажной гильзы. Более большие ракеты со стабилизатором в виде хвостового оперения обычно запускаются со стартовых площадок, прилагаемых к ракете. Такие ракеты дороже, зато имеют вид настоящей ракеты. Самые мощные и красочные салюты делаются с помощью высотных фейерверков. Шар из плотного картона или качественного пластика выстреливается вверх из пусковой мортиры на высоту от 50 до 300 метров. В верхней точке полета вышибной заряд воспламеняет основной, и шар разрывается. В небо выбрасываются звёздки, горючие смеси, создающие световые эффекты, и парашюты, замедляющие его падение.

Фейерверк – это удивительное сочетание искусства и науки. Каждый запуск – результат сложных химических реакций и точного инженерного проектирования.