علميًا.. كيف تعمل الألعاب النارية بالصوت والضوء؟

توجد مئات الوصفات لفكرة الألعاب النارية، والتي لا تزال تعتمد على مزيج قديم من المواد الكيميائية التي تُنتج صوت الانفجار المميز، لكن الألعاب النارية الحديثة تستخدم كل أنواع السحر الكيميائي لتقديم عروضها المذهلة اليوم.

والمكوّن الأول لأي لعبة نارية هو البارود الأسود، وهو مادة متفجرة قديمة، حيث اكتشفه الكيميائيون الصينيون منذ أكثر من ألف عام، ولم تتغير وصفته تقريبًا على مر القرون. لصنع البارود الأسود، كل ما عليك فعله هو خلط 75% من نترات البوتاسيوم، و15% من الفحم، و10% من الكبريت. لصنع لعبة نارية بسيطة، ضع هذا المسحوق في وعاء، عادةً ما يكون مصنوعًا من ورق مقوى سميك أو ورق عادي.

ويُستخدم البارود الأسود لإطلاق الألعاب النارية في الهواء، بالإضافة إلى إشعالها ودفعها - كالألوان - لتشكيل نمط في السماء. 

كيف يعمل؟

بمجرد إشعاله بفتيل أو شرارة، ينصهر الكبريت أولًا عند درجة حرارة 112.8 درجة مئوية (235 فهرنهايت). يتدفق الكبريت فوق نترات البوتاسيوم والفحم، فيحترقان. ينتج عن تفاعل الاحتراق هذا كمية كبيرة من الطاقة والغاز - أي انفجار. إذا وُجد ثقب صغير لخروج الغاز، فإن التفاعل يُطلق الألعاب النارية في الهواء. في مكان ضيق جدًا، يُفجّر مكونات الألعاب النارية ويُشعل كل ما حولها.

بالإضافة إلى تغيير مدى انحصار البارود الأسود، يُمكن لتغيير حجم حبيباته أن يُغيّر سرعة احتراقه أيضًا. تخيّل نارًا مُشتعلة، وعند إضافة غصن شجرة كبير، تحترق النيران لفترة أطول وببطء. أما إذا ألقيت حفنة من نشارة الخشب في اللهب، فإنها تحترق بشدة وسرعة. يعمل البارود الأسود بطريقة مُشابهة، وهذا يُسهّل التحكم في كمية الطاقة المُنطلقة وسرعة انبعاثها.

مواد كيميائية مُختلفة لألوان مُختلفة

إذا وضعت مسحوق بارود أسود ناعمًا جدًا في مكان ضيق، فإنه ينفجر مُنتجًا سحابة من الحرارة والغاز والضوضاء. 

وعندما تُسخّن أي مادة، فإنك في الواقع تُزوّد ​​إلكترونات ذرات تلك المادة بالطاقة. إذا تم تحفيز الإلكترونات بدرجة كافية، فعندما تعود إلى مستويات طاقتها الطبيعية، تُطلق تلك الطاقة الزائدة على شكل ضوء.

وهناك عدد من العناصر المختلفة التي، عند إضافتها إلى الألعاب النارية وتسخينها، تُطلق أطوال موجية مختلفة من الضوء تظهر بألوان مختلفة. يُنتج السترونتيوم اللون الأحمر، والباريوم اللون الأخضر، والنحاس اللون الأزرق عند احتراقه، وهكذا.

ولطالما شكّل صنع ألعاب نارية تُنتج اللون الأزرق تحديًا لكيميائيي الألعاب النارية. فالأزرق الداكن جدًا يكون قاتمًا للغاية ولا يُمكن رؤيته في سماء الليل. أما إذا كان الأزرق فاتحًا جدًا، فيبدو أبيض. لذا، يجب أن يكون الطول الموجي للون الأزرق المثالي دقيقًا للغاية. يصعب تحقيق ذلك لأن الضوء الأزرق له طول موجي أقصر، مما يعني أن المسافة بين قمم وقيعان موجة الضوء متقاربة جدًا.

وتُنتج بعض العناصر ألوانًا مختلفة، ولكن ماذا عن الشرر والومضات؟ لتحقيق هذه التأثيرات، يُمكن إضافة معادن مختلفة إلى تركيبات الألعاب النارية، حيث يُنتج الألومنيوم والمغنيسيوم والتيتانيوم شرارات بيضاء. وبإضافة الحديد، نحصل على شرارات ذهبية، ويمكن أن يؤدي مزج أنواع مختلفة من الفحم إلى إنتاج شرارات حمراء وبرتقالية، ويحترق كل عنصر من هذه العناصر بسرعة وطريقة مختلفتين، مما ينتج عنه ألوان وشدة ضوئية متفاوتة.