Wie funktioniert Feuerwerk? | Die Wissenschaft des Feuerwerks

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30/06/202201/07/2022By M.Schwarzmann

Teerapat Seedafong / EyeEmGetty Images

Es braucht viel Arbeit, um die außergewöhnlichen Displays zu schaffen, die wir am 4. Juli genießen. Manchmal kann allein die Inszenierung Stunden der Planung für ein paar Minuten dauern – es dauert sogar noch länger, wenn eine Show vertont wird. Und Sie sollten es besser richtig machen, denn Feuerwerk ist nicht billig.

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Das Boston Pops Fireworks Spectacular am 4. Juli kostet über 2,5 Millionen US-Dollar. Kürzere, einfachere Shows, wie man sie in einer Kleinstadt finden kann laufen zwischen 2.000 und 7.000 Dollar. Die Verwendung größerer Granaten, die synchron mit Musik explodieren, kann etwa 2.000 US-Dollar pro Minute kosten, sodass eine 20-minütige Anzeige 40.000 US-Dollar kostet.

Die Wissenschaft hinter Feuerwerken ist genauso faszinierend wie ihre Kosten. Haben Sie sich jemals gefragt, wie sie während eines Feuerwerks am Unabhängigkeitstag so viele bunte Formen bilden? Wundere dich nicht mehr.

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    Hier ist eine 6-Zoll-Zylinderschale. Die Zeitverzögerungssicherung befindet sich ganz links, quadratische Sterne befinden sich in den linken Fächern, und die Sprengladung erstreckt sich von der Sicherung bis zum schwarzen Auftriebspulver rechts.

    Wenn Feuerwerk ausschließlich Schießpulver wäre, gäbe es wirklich keine Aufregung. Sie wären alle nur Feuerbälle in der Luft.

    Salze und andere Metallverbindungen lassen ein Feuerwerk in hellblauen oder satten Rottönen explodieren. Um Rot zu machen, enthalten Feuerwerkskörper Strontiumsalze und/oder Lithiumsalze, wobei das Strontium eine heller rote Reaktion erzeugt. Calciumsalze machen orange, während Natriumsalze (wie in Kochsalz) in Gelb explodieren. Grün kommt von der Verbindung Bariumchlorid, Blau von Kupferchlorid.

    Silberne oder weiße Farben bestehen aus Aluminium oder Magnesium. Wenn Sie Lila wollen, müssen Sie sich etwas mehr anstrengen: Kombinieren Sie Strontiumsalze für Rot und Kupferchlorid für Blau, um eine violette Explosion zu erzeugen.

    Diese Sternenmuster sind im Grunde das vorgeburtliche Bild eines sternförmigen Feuerwerks. Jede Hälfte der Schale enthält identische Teile, und wenn beide Hälften verbunden werden, spiegeln sich die Seiten.

    Da Wunderkerzen den gleichen Gesetzen unterliegen wie Feuerwerkskörper, werden wir sie einschließen, obwohl sie technisch gesehen als Neuheiten gelten.

    Wunderkerzen bestehen aus mehreren Verbindungen, die beim Mischen a Schlamm in die der Körper der Wunderkerze getaucht wird. Diese Beschichtung brennt und erzeugt das helle Licht, das Wunderkerzen ausstrahlen. Der Brennstoff und das Oxidationsmittel werden in bestimmten Anteilen hinzugefügt, damit die Wunderkerze nicht wie ein traditionelles Feuerwerk explodiert, sondern viel langsamer (und sicherer) brennt.

    Das erste, was Sie über römische Kerzen wissen sollten, ist, dass sie entgegen der landläufigen Meinung nicht dazu bestimmt sind, in der Hand gehalten zu werden.

    Römische Kerzen sind an einigen Orten verboten, weil die Leute dazu neigen, sie falsch zu verwenden. In Delaware ist es illegal, sie überhaupt zu haben, und in Wisconsin müssen Sie eine Genehmigung haben, um römische Kerzen zu kaufen und zu verwenden.

    Die Kerzen sind im Wesentlichen Pappröhren in Packpapier. Eine brennende Lunte macht sich auf den Weg zu einer Hebeladung, die Druck aufbaut und die Sterne herausdrückt und sie zum Leuchten bringt. Römische Kerzen haben normalerweise ein paar Sterne in der Röhre, die durch eine Verzögerungs- (oder Pulver-) Ladung getrennt sind, die die Explosionen beabstandet.

    Damit die Flamme den nächsten Stern nicht erreicht, bevor das gesamte Pulver weggebrannt ist, wird das Pulver dicht gepackt. Dies hilft, Fehlzündungen zu vermeiden.

    In einem Bodenspinner befindet sich ein sich verjüngendes Rohr mit Ton an beiden Enden und einer Reihe von Treibmitteln im Inneren, um dem Feuerwerk eine Vielzahl von Farben zu verleihen. Wenn die Zündschnur angezündet wird, zündet sie das erste der Treibmittel. Das Gas aus den Reaktionen entweicht aus dem kleinen Loch, wo einst die Zündschnur in das Feuerwerkskörper ging, wodurch das Feuerwerkskörper entlang seiner Mittelachse angetrieben wird.

    Die Röhre dreht sich, weil sie nicht im Gleichgewicht ist – das Gewicht ist nicht gleichmäßig verteilt – und springt herum.

    Diese kleinen Papierkugeln sind so harmlos, dass sie das ganze Jahr über legal sind. Aber was ist da unten los?

    Silberfulminat ist ein unglaublich reaktiver Sprengstoff. Der kleinste Aufprall oder die geringste Hitze löst es aus. Aufgrund dieser Instabilität wird es selten als kommerzielle Sprengstoffverbindung verwendet. Du solltest eine Stange Dynamit nicht zünden, indem du sie in die falsche Richtung stößt. Es gibt jedoch eine Verwendung dafür.

    In jedem Snap n Pop finden Sie etwa 80 Mikrogramm Silber, zusammen mit einem Haufen winziger Kiesstücke. Der Kies gibt dem Silberfulminat die Reibung, die es braucht, um sich zu entzünden.

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    Artillerie-Granaten-Feuerwerk

    Das sind die wahren Publikumslieblinge: jene Kugeln, die in ein Mörserrohr gesteckt und in die Luft geschossen werden und so einen blendenden Anblick mit verzögerter Wirkung erzeugen. Die Artilleriegeschosse sind in zwei Lagen mit Schießpulver gefüllt. Wenn die Zündschnur bis auf den Grund herunterbrennt, entzündet sie ein bisschen Schießpulver – auch als Auftriebsladung bekannt –, das die Granate in die Luft schießt.

    Während die Granate durch die Luft fliegt, brennt ein Zeitzünder. Diese brennt langsam in die obere Kammer der Granate, bis sie den zweiten Schießpulvervorrat erreicht, der als Sprengladung bezeichnet wird.

    Diese Explosionsladung zündet eine Reihe von Sternen. Die Schale ist vollgepackt mit diesen Sternen, die die farbenfrohen Arrangements am Himmel bilden.

    Wer auch immer diese Sterne hergestellt hat, beherrscht das Bariumchlorat-Gebräu, das Feuerwerken den giftig-grünen Glanz verleiht Geisterjäger‘ schlanker. Die Flugbahnen der grünen Biene sind das Zufallsprodukt von Sternen, die in kleine Röhren (3 Zoll lang und ½ Zoll Durchmesser) innerhalb einer kugelförmigen Hülle gepackt sind. Wenn die Hitze zunimmt, lässt der Druck in der Röhre die Sterne willkürlich herausfliegen.

    „Eine Sternenkomposition in diesen Röhren zu haben, ist fast so, als hätte man Raketenpulver“, sagt Jim Souza von Pyro Spectaculars in Rialto, Kalifornien.

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    Pfauenfeder/Libelle

    Pyrotechniker sind sich einig, dass die blau-violetten Farbtöne dieser Pfauenfeder am schwierigsten zu formulieren sind. Die Konzentrationen von Chemikalien, die verwendet werden, um lebendige violette Blautöne zu erzeugen, sind instabil und äußerst gefährlich. In diesem Fall erledigen Kupferoxid und Strontiumcarbonat die Arbeit. Goldpellets werden umlaufend am Äquator der Muschel platziert, um einen goldenen Saturnring zu erzeugen.

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    Regenbogen-Chrysanthemen

    Die Zambelli-Regenbogenchrysanthemen auf mittlerer Ebene wurden mit verschiedenfarbigen Sternen geschaffen, die in der Schale in Bereichen platziert wurden, die die Position nachahmen, die sie im Weltraum einnehmen.

    Diese werden schreiende Turbokerzen oder kleine Zylinder genannt, die pyrotechnische Mischungen enthalten, die einen aufsteigenden Schnörkeleffekt erzeugen. Um diese herzustellen, bohrt Zambelli ein Loch in das Rohr, damit gasförmige Produkte bei der Zündung austreten können und die ganze Zeit kreischen. Holzkohle wird oft verwendet, um goldene Farben zu erzeugen.

    Der Name der Weide ist selbsterklärend. Kurz nachdem es in ein blendendes Schauspiel geplatzt ist, nimmt das Feuerwerk das Aussehen einer Trauerweide an, deren herabhängende Arme sich nach unten krümmen.

    Weiden ähneln Pfingstrosen und Chrysanthemen (siehe unten).

    Die weichen goldenen Pinselstriche dieses tropischen Displays stammen von großen gepressten Pellets, Kometensternen genannt, die Energizer C-Batterien ähneln, sagt Souza. Kometensterne haben viel mehr Materie und brennen länger, wodurch breite Striche entstehen.

    Dieses orange Pfingstrosen-Feuerwerk ist eines der einfacheren Designs, bei dem jedes Pfingstrosenblatt von einem sehr kleinen Stern stammt.

    Pfingstrosen sind die häufigste Art von Feuerwerk und sind normalerweise Teil der Hauptdarbietung während einer Show. Pfingstrosen ähneln auch Chrysanthemen, mit dem Hauptunterschied, dass Pfingstrosen nicht mit einer Funkenspur enden, die in den Himmel verschwindet.

    Der Single-Tail-Stern hat eine kürzere Zeitverzögerungssicherung, wodurch der Stern beim Start gleichzeitig mit der Auftriebsladung gezündet wird. Sobald die Granate ihren Zenit erreicht, zerreißt die Sprengladung die Granatenhülle und Saturn taucht auf.

    Die Eingeweide dieses Feuerwerks müssen sorgfältig in eine zylindrische Hülle von der Größe eines Quaker Oats-Kanisters gelegt werden, sagt Souza. In der Mitte der Schale befinden sich winzige runde grüne Sterne, die wie eine blaugrüne Pfingstrose am Kern des Feuerwerks platzen.

    Größere goldene Kometensterne grenzen an die blaugrünen Pellets und flammen auf, wenn sie gezündet werden, und lösen sich schließlich in scharfe scharlachrote Stacheln ab. Die Animation kann geändert werden, indem scharlachrote Sterne in spezielle Fächer am Rand des Zylinders eingefügt werden.

    Jede kosmische rote Ranke und jede blaugrüne Wolke hat ein passendes Pyro-Pellet in der Feuerwerkshülle. Die blaugrünen Sterne bestehen aus einer Bariumnitratmischung und die roten Sterne sind eine Mischung aus Strontiumsalzen.

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