





“燈樹千光照,花焰七枝開”,為了慶祝新年,安奇奇所在的城市在除夕夜舉行了一場大型的煙花表演秀。除夕的晚上,安奇奇仰頭望著天空中炸開的絢爛煙花,開心極了。小酷龍告訴安奇奇,煙花表演秀除了蘊含著人們對美好新年的祝愿,還有不少的數學知識呢!
看點1"煙花的顏色
煙花絢爛多彩,非常美麗。是什么讓它們呈現出繽紛色彩的呢?其實,煙花的顏色主要與煙花中使用的金屬化合物有關,不同的金屬元素在高溫下燃燒時會產生不同的顏色。
調整金屬化合物的比例和燃燒條件,還能產生更多顏色呢!比如,將鋁、鎂、鈦按照一定比例混合在一起,就會得到明亮的白色;將銅、鍶按照一定比例混合在一起,就會得到好看的紫色。
看點2"組合煙花里的幾何
煙花分為小型煙花和大型煙花。小型煙花體積小,操作簡單,方便攜帶,常常用在個人玩耍、家庭慶祝這些小場景中;大型煙花是節日慶典中必不可少的存在。
除夕夜里,各城市的煙花表演秀都是大型煙花,燃放的煙花主要有兩種,一種是組合煙花,一種是禮花彈。組合煙花的外形通常是一個規則的幾何體箱子,常見的有正方體、長方體、六棱柱、圓柱體等。如果你打開這些組合煙花往里看,就會發現,箱子內整齊排列著多個圓柱發射筒。
圓柱發射筒的直徑通常較小,通過將多個圓柱發射筒組合起來,調整其個數、大小和排列方式,就可以形成各種形狀。由于組合煙花的效果繁多,所以每個圓柱發射筒的生產工藝要求特別嚴格。
組合煙花的發射高度一般在50~100米,幾乎不會超過100米。點燃引火線后,發射藥會產生很大的推力,把亮珠噴到空中,亮珠會按照預設的順序依次點燃,呈現出美麗的視覺效果。
看點3"禮花彈里的幾何
在除夕夜的煙花表演中,禮花彈是最重要的組成部分。顧名思義,禮花彈是一種炮彈,需要放入炮管里點燃,才能發射出去。雖然它屬于炮彈的一種,但與傳統的軍事炮彈不同,禮花彈是為了娛樂和美化夜空。要實現高空燃放的任務,只有通過炮管,才能把這些禮花彈發射到高空。
看點4"禮花彈的升空高度
不論是組合煙花還是禮花彈,其升空高度都高于一般的普通建筑物,尤其是禮花彈,它的升空高度比很多高樓大廈還要高!當我們站在遠處,無法確切得知禮花彈的型號時,可以用公式h≈4t2簡單地估算禮花彈升空的高度h。
公式中,h表示禮花彈升空的高度,t是看到禮花彈發射和看到煙花的時間差。
一個有意思的問題是,人們為什么要把禮花彈發射到數百米的高空呢?答案是為了讓更多人看見。地球是個球體,當我們站在地球表面時,視線并不是無限延伸的,而是會被地球表面所擋住。
禮花彈升空的高度越高,地球上可以見到禮花彈的范圍就越廣。在不考慮遮擋、視力等復雜因素時,我們可以通過公式r≈113 h ,來估算在地球表面能看到禮花彈的范圍。
公式中,h表示禮花彈的升空高度(計算時單位是千米),r表示禮花彈可見范圍的半徑。
北京2022年冬奧會開幕式上發射的禮花彈,其升空高度達到300米,理論可見范圍的半徑約為62千米!也就是說,理論上,全北京的人都能看到這場視覺盛宴。
小提示
大型禮花彈的爆炸威力非常強大,火花和碎片可能飛散到很遠的地方,因此同學們觀看大型煙花表演時,要保持至少100米的距離!