烟花燃放了上千年,各种绚丽的图案、震撼的声效是如何实现的?

出品:科普中国

作者:李瑱(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)

监制:中国科普博览

烟花在我国有着悠久的历史,古人曾用“东风夜放花千树,更吹落,星如雨”这样生动的诗句去描绘烟花绽放时的绚烂。

如今,人们也会燃放烟花来庆祝大型活动或重要节日,每一次烟花的绽放,都是视觉与情感的双重盛宴。

人们观赏烟花

(图片来源:Veer图库)

其实,这些绚烂的图案和千变万化的音效,都是提前设计并通过技术实现的!今天,就带大家一同了解烟花设计背后的科学知识。

我国最早在唐代就有了烟花!

烟花的历史可以追溯到公元9世纪的唐代,当时的烟花是用来驱除邪灵和祈求好运。到了宋代,烟花的使用逐渐转向节庆和娱乐,制作烟花的技术开始得到发展,烟花的形式不仅限于简单的爆竹,还开始出现形状多样、颜色丰富的焰火。在明清时期,烟花的制作技艺不断提升,逐渐成为皇室和贵族的庆典活动中的重要一环,也广泛应用于节日庆典,如春节、元宵节等。

随着烟花技术的不断发展,它逐渐传播到世界各地,成为全球节日庆典中的一大亮点。烟花从中国的传统庆典,走向了世界的舞台,成为历史文化与现代科技相融合的奇妙艺术。

波西米亚艺术家Wenceslaus Hollar的版画作品《赫米塞姆的烟花》

(创作年代约为1625-77)

(图片来源:大都会艺术博物馆)

现代烟花是怎样绽放出各种形状的?

现代烟花绽放时能精确制造出各种美丽的形状,这些形状是通过精密计算和设计烟花中的装药和星体排布方式来产生的。星体是由各种金属盐、氧化剂、火药等组成的小颗粒,决定了烟花绽放时的形状和色彩。每颗星体的制作都需要精准的化学配比,才能确保它在爆炸时达到预期的效果。所以,星体不仅是烟花绚丽表演的源泉,也是烟花艺术的精华所在。当烟花升空后,火药爆炸产生的推力可以把星体推到事先设计的方向上,让星体向各个方向发散,从而在空中展现出如各种各样美丽的图案。

例如,通过精确排列火药包并设置延时引线,烟花可以在半空中爆炸并形成星形、花朵形等奇妙的图案,仿佛在夜空中绘制了一幅美丽的画卷。

烟花的三种布局方式

(图片来源:维基百科)

有些烟花采用火药作为驱动器,能够在空中旋转,如同飞舞的星辰,带来动感十足的视觉体验。烟花像流星般划过夜空,并在瞬间点亮整个夜空。烟花的形状设计和点燃时机就像是一位艺术家手中的画笔,勾画出一幅幅动人的夜空图景。

烟花的内部排布

(图片来源:维基百科)

各种绚烂的色彩又是怎么实现的?

烟花自古以来就因绚丽的色彩而被人们所喜爱,这些色彩并非是随机产生的,而是来源于叫做焰色反应的物理现象

每当夜空中绽放出绚丽的色彩时,那是金属原子在火焰中舞蹈的结果。具体来说,不同的金属元素在火焰中加热后,金属原子中的电子会吸收热量,像跳跃的小精灵一样跃升到更高的能级。当温度降低后,电子会从高能级跃迁到低能级并释放出能量,这些能量以不同波长光的形式表现出来。不同波长的光在我们的眼睛中对应着不同的颜色,烟花的色彩正是通过这种反应产生的。

常见金属的焰色反应

(图片来源:科学小屋)

为了产生不同颜色的烟花,烟花设计师会向烟花中加入不同的金属或金属盐,如添加钾盐产生紫色,添加钠盐产生黄色等。有些特殊的烟花还会控制火药的燃放顺序和金属盐的空间位置,从而呈现出随时间变换不同颜色或者渐变颜色的烟花。

与此同时,烟花设计师还需要调节火药的配方来控制温度和燃烧速率。温度越高,金属元素的激发越强烈,颜色越鲜明;药中的氧化剂和燃料成分,也会影响焰色的呈现。因此,烟花的色彩并非单纯的物理现象,而是物理和化学精密调配的艺术结晶。

烟花爆炸后美丽多彩的颜色

(图片来源:veer图库)

烟花爆炸时或高或低的音效也可以设计?

如今,烟花表演已经不仅仅局限于视觉效果,声音也成为了烟花艺术的重要组成部分。在大型节庆活动和烟花表演中,声音和视觉常常是同步的,创造出震撼的观感和听感体验。

烟花的声音主要是由火药的爆炸所产生的。火药在爆炸时会释放出大量的气体,这些气体在爆炸瞬间猛烈膨胀,产生了向外传播的压力波。就像一颗巨大的水珠跌入湖面,激起的波动迅速扩散至四面八方,我们听到的“轰隆”声,正是空气压力瞬间剧烈变化的结果。

现代烟花可以通过调整火药中金属盐和其他化学成分的比例,改变爆炸时产生的气体膨胀速度和压力,从而控制音高。使用不同的金属盐(如铝、钡或锆)就像是在音符中加入不同的调性,可以影响燃烧反应的速率和气体膨胀的方式,调节爆炸声的频率,使之高亢激昂或低沉深远。

烟花的外壳设计在声音效果上也起着关键作用。现代烟花的外壳通常由纸壳、铝箔或金属箔等材料制成,不同的设计可以影响声音的传播和音质。比如硬壳(如钢壳)可以引发较为强烈的爆炸声音,像雷鸣般震耳欲聋,而软壳(如纸壳)则会使爆炸声音较为沉闷、较为低沉。

现代烟花不仅仅是简单的爆炸和绽放,而是蕴含着深刻的科学原理和精密的设计艺术。每一场烟花表演,都是化学、物理和艺术的完美结合。通过了解这些背后的科学原理,我们不仅能够更加欣赏烟花的美丽,也能感受到科学技术带来的无限可能。在未来的烟花表演中,必将有更为绚烂和惊艳的视听盛宴。

主题测试文章,只做测试使用。发布者:参考消息网,转转请注明出处:https://www.cns1952.com/gov/6476.html

(0)
参考消息网的头像参考消息网
上一篇 2025年2月14日 上午10:01
下一篇 2025年2月14日 上午10:01

相关推荐

  • 一个刷牙时容易漏掉的细节,可能导致口臭!99% 的人都“中枪”了

    3 月 20 日是世界口腔健康日,今年的主题为“口腔健康 身心健康”。 刷牙,一件早晚最平常不过的小事,其中的门道可不少。比如,刷牙需要采用“水平颤动拂刷法”,不能大力横刷,否则可能引起牙龈萎缩、牙面磨损,刷完牙要使用牙线来清洁一些牙刷刷不到的位置…… 不过,可能很多人都不知道的是,刷牙时有一个部位一定不能漏掉,那就是舌头,刷牙刷舌头,不仅能让口腔清洁更彻底…

    2025年3月20日
    10700
  • 电脑运行如飞的真相大揭秘:操作系统如何变身“超级调度大师”?

    当我们使用电脑时,常常会同时打开多个程序。打开办公软件,打开上网浏览器,打开音乐播放器......诸多程序同时运行。但你是否想过,为何电脑能有条不紊且快速地响应各个程序的指令?这背后发挥关键协调作用的,正是电脑的“管家”—— 操作系统(Operating System,OS)。 图源:Pixabay 操作系统有很多,比如Windows、macOS、Linux…

    2025年3月8日
    15000
  • 蓝天上的航迹云:人类编织的 “天空谜团”

    图注:两架飞机在高空交汇,航迹云清晰可见 图源:英国皇家气象学会https://www.rmets.org/metmatters/contrail-clouds-and-climate-change 一、航迹云是什么? 航迹云是飞机高空飞行时留下的细长云带,当飞机在8000米以上高空飞行时,发动机排出的水蒸气在约-40°C的低温环境中迅速凝结成冰晶。这些冰晶…

    2025年4月11日
    5500
  • 辽阳一饭店火灾已致22死3伤,火场如何逃生?

    据央视新闻消息,4月29日12时25分,辽宁辽阳市白塔区三里庄回迁楼附近一饭店发生火灾。截至14时,事故已造成22人死亡、3人受伤。 突遇火灾现场,首先要做到“躲火避烟”,寻求最佳逃生时机。 躲火只是第一步,防烟也是保命关键,火灾求生一定要冷静判断、正确应对。 火场生死抉择: 等救援or闯火线? 观察火源和烟气位置 若火灾发生在自己的房间内,且火源明确,首先…

    2025年4月30日
    800
  • “天雷滚滚我好怕怕”…今早多少人被雷声叫醒了?全能型冷空气如何防范?

    今天凌晨,有多少人被窗外的雨声雷声“叫”醒了? 话题#上海打雷##杭州打雷# 随后登上社交平台热搜榜 图片来源:新浪微博 据中国天气网消息,今天(3月27日)一大早,上海、江苏、浙江、安徽部分地区出现了黄色、红色的强雷达回波,大家需注意防范强对流天气。 而就在今天(3月27日)上午 中央气象台更是连发 寒潮、大风、沙尘暴、大雾、强对流天气 5个预警 ↓↓↓ …

    2025年3月27日
    10100

发表回复

您的邮箱地址不会被公开。 必填项已用 * 标注

联系我们

400-800-8888

在线咨询: QQ交谈

邮件:admin@example.com

工作时间:周一至周五,9:30-18:30,节假日休息

关注微信