环球物理|它的大小、形状和颜色是怎么来的？，【物理原理】烟花的物理学原理 “故人西辞黄鹤楼

“故人西辞黄鹤楼，烟花三月下扬州。 ”——《黄鹤楼送孟浩然之广陵》李白
燃放烟花在我国有着悠久的历史，从古代的诗句中可以看到众多的文人墨客都对烟花有过描述。在现代的大型活动，或比较重要的节日中，都少不了通过燃放烟花来庆祝的环节。但是当我们看到烟花时，为什么有些烟花高有些烟花低？为什么烟花会产生不同的形状？为什么烟花有五颜六色的颜色？
所以我们今天要说的是：烟花是如何工作的？它都包含哪些物理学原理。

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我们从三种简单的原料开始：硫磺、木炭和硝酸钾。
木炭并不是我们家里使用的煤球，而是有机物（如木材）在被烧焦或被热解后，所留下的碳残留物，因为有机物中所有的水分都被带走后就会剩下碳。硝酸钾可以从硝土中提取出来，来源包括鸟粪和蝙蝠粪便，还有硝土也会存在于厕所、猪、牛栏屋，庭院的老墙脚，崖边，岩洞以及不易被雨水冲洗的地面。硫磺可以从天然硫矿制得，或将黄铁矿和焦炭混和在有限空气中燃烧制得。
现在我们把这些材料准备好，拿一个研钵和杵，把它们混合在一起，就会得到一种黑色粉末。

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这个黑色粉末其实就是火药。接下来我们只需要的一些氧气和一个很小的热源就可以将其点燃。实际上硝酸钾就是很强的氧化剂，火药燃烧的氧气就来源于此，因此烟花甚至可以在没有氧气的外星球上燃放。所以，等我们哪天登上火星，可以在火星上来一场烟花表演。
至于点火源，这更简单，一根火柴足以。
当我们把一切准备就绪，划根火柴会发生什么？

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瞬间火光四溅，并伴随“砰”的一声，如果你跑的慢一点，有可能手还会被熏黄。但是，一个简单的“爆炸”并不是烟花，这只是烟花的一部分。真正的烟花要比这复杂的多。
【环球物理|它的大小、形状和颜色是怎么来的？，【物理原理】烟花的物理学原理】想要制作一个好的烟花需要考虑四大要素：高度、大小、形状和颜色。爆炸的火药只是后三种情况的催化剂，是一个烟花的开始。
在这四个要素中高度最容易理解。

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因为发射烟花的方式和发射炮弹的方式是一样的！在一个底部封闭的管道中，放入推进火药，点燃以后就可以利用火药燃烧产生的高温气体将烟花“炮弹”推射出去。
烟花“炮弹”的高度取决于初始速度，烟花越大需要的初始速度越高。一个小型的烟花表演发射的烟花“炮弹”直径在5厘米到15厘米之间，打出的炮弹高度在60-150米之间。一个大型烟花表演，烟花“炮弹”的直径高达近1米，这些烟花打出的高度通常超过300米。

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烟花“炮弹”在被底座炮筒打出的那一刻，如果一切正常引信就会被点燃，并在上升的过程中燃烧。出于美观和安全的考虑，我们需要将大型烟花尽可能发射到更高的高度。因为高度越高，烟花就越好看，能看到的人也就越多，而且更加安全，毕竟烟花也是火。
更大的烟花不仅需要更大的升力，还需要更大的爆发力来推动烟花的爆炸！所使用的升力必须足以将烟花发射到上面描述的必要高度，这也解释了为什么更大的烟花会发射到更高的高度。