Wie funktioniert Feuerwerk? | Die Wissenschaft des Feuerwerks

Teerapat Seedafong / EyeEmGetty Images

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

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Die Feuerwerksshow Boston Pops am 4. Juli kostet mehr als 2,5 Millionen 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 zur Musik platzen, kann etwa 2.000 US-Dollar pro Minute kosten, was einer 20-minütigen Anzeige 40.000 US-Dollar entspricht.

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 zeitverzögerte Zündschnur befindet sich ganz links, die quadratischen Sterne befinden sich in den linken Fächern und die Sprengladung reicht von der Zündschnur bis zum Schwarzpulver 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 das Rot wiederzugeben, enthalten Feuerwerkskörper Strontiumsalze und/oder Lithiumsalze, wobei das Strontium eine lebhaftere rote Reaktion erzeugt. Calciumsalze werden orange, während Natriumsalze (wie in Kochsalz) gelb explodieren. Grün kommt von der Verbindung Bariumchlorid, Blau von Kupferchlorid.

Silber oder weiße Farben sind 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 Wesentlichen das vorgeburtliche Bild eines sternförmigen Feuerwerks. Jede Hälfte des Rumpfes enthält identische Teile, und wenn die beiden Hälften zusammengefügt werden, spiegeln sich die Seiten.

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

Wunderkerzen bestehen aus mehreren Verbindungen, die zusammengemischt eine bilden Haferbrei in die der Körper der Wunderkerze eingetaucht ist. Diese Beschichtung brennt und erzeugt das helle Licht, das von Wunderkerzen ausgestrahlt wird. Brennstoff und Oxidationsmittel werden in bestimmten Verhältnissen hinzugefügt, damit die Wunderkerze nicht wie herkömmliches 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 manchen Orten verboten, weil die Menschen dazu neigen, sie falsch zu verwenden. In Delaware ist es illegal, überhaupt welche zu haben, und in Wisconsin müssen Sie eine Genehmigung haben, um römische Kerzen zu kaufen und zu verwenden.

Kerzen sind im Grunde Kartonröhren in Geschenkpapier. Eine brennende Lunte zeigt auf eine Hebeladung, die Druck aufbaut und die Sterne nach außen drückt und sie auslöst. Römische Kerzen haben normalerweise ein paar Sterne in der Röhre, die durch eine Verzögerungsladung (oder Pulverladung) getrennt sind, die die Explosionen verteilt.

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

In einem Bodenkreisel befindet sich ein konisches Rohr mit Ton an jedem Ende 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 durch das kleine Loch, wo einst der Docht in das Feuerwerk eindrang, wodurch das Feuerwerk entlang seiner Mittelachse angetrieben wird.

Das Rohr dreht sich, weil es unausgeglichen ist – das Gewicht ist nicht gleichmäßig verteilt – wodurch es springt.

Diese kleinen Papierknäuel 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 Schock oder die kleinste Hitze löst es aus. Aufgrund dieser Instabilität wird es selten als kommerzielle Sprengstoffverbindung verwendet. Du solltest eine Stange Dynamit nicht zünden, indem du sie falsch herum triffst. Es gibt jedoch eine Verwendung dafür.

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

Artilleriefeuerwerk

Das sind die wahren Publikumslieblinge: Jene Kugeln, die in ein Mörserrohr gesteckt und in die Luft geschleudert werden und so einen blendenden Anblick mit verzögerter Wirkung erzeugen. Artilleriegeschosse sind in zwei Ebenen mit Schießpulver gefüllt. Wenn die Zündschnur ganz durchbrennt, entzündet sie etwas 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 der oberen Kammer der Granate, bis sie auf die zweite Schießpulverquelle trifft, die sogenannte Sprengladung.

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

Wer auch immer diese Sterne hergestellt hat, beherrschte das Bariumchlorat-Gebräu, das Feuerwerken den giftigen grünen Schein verleiht Geisterjäger‘ Verdünner. Die Flugbahnen grüner Bienen sind das zufällige Produkt von Sternen, die in kleine Röhren (3 Zoll lang und ½ Zoll im Durchmesser) in einer kugelförmigen Hülle gepackt sind. Wenn die Hitze zunimmt, drückt der Druck in der Röhre die Sterne zufällig heraus.

„Eine Komposition aus Sternen 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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Pfauen-/Libellenfeder

Pyrotechniker sind sich einig, dass die Blau-Violett-Töne dieser Pfauenfeder am schwierigsten zu formulieren sind. Die Konzentrationen von Chemikalien, die zur Herstellung von leuchtend blauen Veilchen verwendet werden, sind instabil und äußerst gefährlich. In diesem Fall erledigen Kupferoxid und Strontiumcarbonat die Arbeit. Goldpellets werden am Äquator der Schale umlaufend platziert, um einen goldenen Saturnring zu erzeugen.

Regenbogen-Chrysanthemen

Zambelli-Regenbogen-Chrysanthemen der Mittelklasse wurden mit farblich passenden Sternen kreiert, die innerhalb der Schale in Bereichen platziert wurden, die die Position replizieren, die sie im Weltraum einnehmen.

Diese heißen heulende Turbokerzen oder kleine Zylinder, die pyrotechnische Mischungen enthalten, die einen aufsteigenden Schnörkeleffekt erzeugen. Um sie herzustellen, bohrt Zambelli ein Loch in die Röhre, damit gasförmige Produkte entweichen können, wenn sie gezündet werden und die ganze Zeit quietschen. Holzkohle wird oft verwendet, um goldene Farben zu erzeugen.

Der Name der Weide ist selbsterklärend. Kurz nachdem es in eine schillernde Darbietung geplatzt ist, nimmt das Feuerwerk das Aussehen einer Trauerweide mit herabhängenden Armen an, die sich nach unten kräuseln.

Weiden ähneln Pfingstrosen und Chrysanthemen (siehe unten).

Die weichen goldenen Pinselstriche in diesem tropischen Display stammen von großen gepressten Pellets, sogenannten Kometensternen, die Energizer C-Batterien ähneln, sagt Souza. Kometensterne haben viel mehr Materie und brennen länger, wodurch breite Linien entstehen.

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

Pfingstrosen sind die häufigste Art von Feuerwerk und sind normalerweise Teil des Hauptaktes einer Show. Pfingstrosen ähneln auch Chrysanthemen, der Hauptunterschied besteht darin, dass Pfingstrosen nicht in einer glitzernden Spur enden, die im Himmel verschwindet.

Der einschwänzige Stern hat eine Sicherung mit kürzerer Verzögerung, wodurch der Stern gleichzeitig mit der Abhebelast aufleuchtet. Sobald die Granate ihren Zenit erreicht, zerreißt die Sprengladung die Granatenhülle und Saturn taucht auf.

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

Größere goldene Kometensterne säumen die blaugrünen Rauten und leuchten auf, wenn sie angezündet werden, und lösen sich schließlich in scharfe scharlachrote Stacheln ab. Die Animation kann geändert werden, indem scharlachrote Sterne in spezielle Fächer am Umfang des Zylinders eingefügt werden.

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

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