Всё, что вы хотели знать о салютах, но боялись спросить [Veritasium]
[музыка] [аплодисменты] Это самая грандиозное, яркое и взрывное. О Боже, видео о фейерверках! В нем я расскажу о том, как изобрели порох, и о том, как огонь горит под водой, и о том, как делают фейерверки, как придают им нужный цвет и форму, и о том, как их запускают. А еще мы увидим, каково быть у мистера Биста. Вы такого не найдете, как он маневрирует с такой огромной камерой. Джин запустит дроны, пролетит через фейерверк, пока тут будет взрываться, и устраивает всякие красивые съемки.
Самая древняя подобие фейерверка было известно в Китае больше 2000 лет назад. Там брали бамбук, запечатывали с обеих сторон и бросали в костер. Внутренняя часть нагревалась и в конечном итоге взрывалась громким хлопком. Считалось, что это отпугивает злых духов. Затем изобрели дымный порох и начали засыпать его в стебли бамбука. Хлопки стали куда более громкими, впечатляющими.
Испытаем самый древний известный нам рецепт пороха. В составе три ингредиента, все они есть в природе. Первый — нитрат калия, который получают из гуано птиц летучих мышей. Экскременты растворяются в воде, и в результате формируются белые кристаллики. Они-то нам нужны. Второй ингредиент — это желтые кристаллы, которые можно найти около вулканов или термальных воронок. А третий компонент в порохе служит топливом. Теперь перемешиваем, похоже на глазурь, выглядит аппетитно.
Древнейший порох, который нам известен, люди заметили, что при нагревании эта смесь может неожиданно загореться. Понятия не имею, сильно рванет или нет, тут всего один грамм, так что вряд ли будет что-то серьезное. Сейчас этот примитивный порох нагреется и, по идее, должен загореться. Вот-вот вспыхнет! Вот оно, горит! Получилось! Мы успешно сделали порох, ждать пришлось довольно долго.
А почему в мёде много воды, и она тормозит возгорание? Со временем поняли, что с углем получается гораздо быстрее. Чтобы получился огонь, нужны три компонента: топливо, кислород и тепло. В большинстве случаев кислород поступает из воздуха, но в порохе его поставляет один из твердых ингредиентов, в нашем случае нитрат калия. Так что кислорода в нем достаточно. Уголь — это источник топлива, то есть углерода. По сути, это и есть углерод в удобные для нас графита.
В угле есть микроскопические поры, которые проникают другие компоненты, благодаря чему они гораздо лучше смешиваются и лучше реагируют. Если смешать нитрат калия с углем и подогреть, то все, что нужно для огня, сойдется воедино. Давайте выясним, загорится ли. Вроде бы кое-где видны язычки пламени, летят искорки. Но для того чтобы началась реакция, нужно очень много энергии. Так что приходится нагревать какое-то время. Ого, ну наконец-то! Выглядит круто!
Я смотрю, в этой плошке что-то плавится. Обалденно! Кислород и топливо у нас есть, и реакцию запустить мы можем, просто она не такая уж взрывная. Вот тут нам и понадобится сера. Она начинает реагировать с другими компонентами при более низкой температуре, и процесс этот экзотермический. Сера выступает как розжиг, обеспечивает тепло, которое нужно, чтобы пошла реакция с нитратом калия, и тогда уже все вспыхивает.
Попробуем. Серый добавлю к нитрату калия и углю. Это вполне известный базовый состав пороха. Порции, к слову, практически не менялись лет 800. Примерно 75 процентов нитрата калия, около 10 процентов серы и 15 процентов угля. При таком составе в смеси оказывается нужное количество атомов каждого вещества, чтобы обеспечить максимальное выделение энергии.
Теперь посмотрим, за какое время сгорит дорожка такого домашнего пороха длиной около метра. Сейчас подожжем. Хе-хе, а чего так медленно? Давай, у тебя получится! Вперед, быстрее, быстрее! О, наконец, догорела! Мне кажется, я взял слишком крупные кусочки угля. Нитраты калий, серый, кстати, тоже. Поэтому реакция идет не так быстро, как хотелось бы. В общем, все пошло не так.
Давайте сравним теперь с порохом из магазина. Его делали на заводе, где все ингредиенты тщательно измельчают и реагенты лучше перемешаны. О, черт! Совсем другое дело! [музыка] Да, вот это порох, не то что мои любительские потуги. При возгорании пороха происходит сложно, если не сказать больше, химическая реакция. В результате получается некоторое количество твердых соединений, поэтому от горячего пороха идет много дыма. Соседи, наверное, смотрят и думают: "Это еще что за порох?"
Если его просто рассыпать и поджечь на открытом воздухе, не взорвется. Но все же знают, что порох должен взрываться. На самом деле для этого его надо плотно упаковать. В таком виде все реагенты находятся в тесном контакте и не разлетаются в стороны, когда начинается горение. Благодаря этому процесс идет быстрее. Кроме того, мы не даем выйти тепло, что добавляет в реакцию еще больше энергии, заставляя вещества взаимодействовать куда более бурно.
Я насыпал 10 г пороха в картонный цилиндр и обмотал все это скотчем. Уже лучше, но я надеялся посильнее. Прямо мимо меня пролетела! Да, вот это уже похоже на взрыв. Здесь у меня 20 граммов дымного пороха. Если взять вдвое больше, интересно, рванет ли в два раза сильнее. Все готово, разойдись!
Вот это по сути есть фейерверк. Обычно он состоит из сферической капсулы, наполненной порохом. У меня в руках макет снаряда. Он разноцветный, чтобы элементы было лучше видно. На самом деле все это черное, потому что покрыто густым слоем дымного пороха. Немного о терминах: долгое время понятия "порох" и "дымной порох" означали одно и то же, но в какой-то момент у пороха изменился состав. Чтобы не было дыма, в фейерверках используют старый дымный порох, его еще иногда называют черным.
Он отличается от современного, в этом видео оба состава. Мы периодически будем называть просто "порох". На вид похоже на папье, по сути, это оно и есть. Складываем половинки, обматываем много слоев, см до почти тринадцати. Чаще всего 15-сантиметровые. Больше запускают только когда есть много пространства, например, где-нибудь в пустыне или с баржи, но бывают и внушительнее: по 30 см, по 40, а по особым случаям, еще больше. Эти половинки для снаряда диаметром 40 см.
Какой огромный фейерверк! Самый большой из таких снарядов был шириной 144 см и весил примерно как автомобиль. [музыка] Чтобы запустить фейерверк, воздух используют, как ни странно, тоже порох. Обычно внизу снаряда крепят довольно большой запас пороха, который выталкивает его из мортиры и отправляет на высоту около 240 метров. Это как раз такой фейерверк. Там будет несколько килограммов пороха, чтобы запустить снаряд строго вверх. Его помещают в большую пластиковую трубу, ее называют мортирой.
Пиротехник, в отличие... Это буквально как будто из пушки стреляют ядрами. Люди, которые смотрят салют, ничего из этого не видят и не слышат. А вот пиротехники — да! [аплодисменты] Все, что есть фейерверки, сгорает, не долетает до земли. Содержимое — да, звезды, порох, вот это все, но фрагменты капсулы падают вниз. Поэтому нам нужна безопасная зона вокруг места, где находится установка, туда никого не пускают, кроме команды в защитных костюмах, потому что части оболочки падают на голову.
По звуку похоже на дождь. Фейерверк отработал, и потом вниз осыпаются обломки, особенно после финального залпа. Часто бывает осечка. Не часто, но случаются. Трубки скреплены досками и сделаны из специального полиэтилена высокой плотности. Если что-то взорвется внутри, этот материал деформируется, трескается и расщепляется повсюду мелкими осколками. Нечто подобное у нас произошло с самым большим фейерверком, который мы собирались запускать.
Итак, три, ой, похоже, там что-то пошло не так. Вот что происходит, когда фейерверк не взлетает. Но мы следуем правилам и у нас все безопасно. Когда что-то взрывается на земле, толпа просто радуется. Вау! И команда тоже такая: "Вау! Господи боже!" Салют продолжается, но мы сперва все перепроверяем, а потом можно продолжать. К счастью, со всеми все в порядке, потому что фейерверки мы запускали издалека, находясь за пределами опасной зоны.
Но подрывать заряды дистанционно — задача не тривиальная. В шахтах раньше, чтобы успеть в укрытие, насыпали дорожку из пороха, и сколько времени она горит, столько времени у вас есть. Сделаем огнепроводный шнур. Хлопковую веревку надо пропитать горючим составом и высушить. Получится то, что называют стапин. Горит он неплохо, но медленно, где-то сантиметр в секунду. Но если обернуть его в бумагу, в обычную крафтовую бумагу, скорость может достигать 10-30 метров в секунду.
Тут происходит то же самое, что и с порохом. В плотной капсуле тепло и реагенты оказываются запечатанные, процесс идет интенсивнее. Мы их используем на финальных залпах, чтобы не приходилось бешено жать на кнопки. Такой шнур называется quickstapin. Я не знал, как быстро он горит, и мне предложили попробовать его обогнать. Вначале обычные стопин поджигаю и бегу к другому концу. Я оказался совсем не готов к тому, что произойдет дальше.
Да, вы издеваетесь! Почему никто не сказал, что он простреливает? Из-за интенсивной реакции квикстапин сильно извивается и подпрыгивает. Сложно поверить, что достаточно обернуть бумагу, чтобы реакция усилилась. Настолько стапин в оплетке определенно сгорает заметно быстрее, чем обычный фитиль. Каждый раз, просто каждый раз, я удивляюсь. Недостаток этих шнуров в том, что они могут промокнуть. Хоть в них есть и топливо, источники кислорода, воздух из среды им для горения не нужен, но все же необходимо тепло, а вода слишком хорошо его отводит, и реакция быстро угасает. Вот и потухла.
Даже проблема у фальшфейеров. Я думал, что раз огонь вырывается под высоким давлением, то он вполне может не погаснуть под водой. 3, 2, 1. Какое-то время он горит, но когда вода проникает внутрь, тепла уже не хватает. Думаю, что вода... А если достать? Ну давай, давай, гори! Есть специальные огни, которые можно использовать и под водой, но и они не идеальны. Хорошо видно, как газообразные продукты горения выходя образуют пузыри. Этот факел продержался дольше, но и его вода все-таки погасила.
Да ладно! И почему он потух? Однако все же есть способ защитить шнур от воды. Это любимый многими виска-шнур. Их часто используют в обычных фейерверках. Смотри, сколько пиротехники! [музыка] Вот это точно едет с нами! Крутится и плюется огнем! Все, я заинтригован, погнали! 3, 2, 1! Внутри, собственно, шнур, а снаружи специальная оплетка. Обычно она еще и лакированная, поэтому такой шнур не боится воды.
Вау! Вот это было здорово! Шнуры используются не только для того, чтобы поджигать фейерверки, но и в качестве своеобразного запала. Квикстопин доходит до вышибного заряда, тот взрывается, выстреливая шаром из мортиры и поджигая этот бигфорда. Шнур работает как замедлитель и обеспечивает задержку между запуском фейерверка и тем моментом, когда он достигнет максимальной высоты и взорвется. Толщина где-то 6 мм. Пороховой стопин в плотной оплетке не такой гибкий, как виско-шнур.
Очень важно, чтобы огонь замедлителя не вырвался раньше времени, и фейерверк взорвался в нужный момент, в верхней точке траектории полета. Мы испытали шнур под водой, думаете, промокнет? Не должен. Ясно, сейчас загорится, поехали! Вполне похоже на шнур из фейерверка. Главное их свойство в том, что они не выпускают пламя наружу, чтобы не поджечь начинку шара. Только когда он прогорит до конца, там снова будет видно искры.
А из чего у него оплетка? Какой-то огнеупорный материал, несколько слоев — это текстиль, а сверху еще битум. Он как раз защищает от воды. Если я правильно понимаю, тут видно, куда успел добраться огонь. Где в конкретный момент? Гарри, порох шнур нагревается, и через стенки выходят газообразные продукты горения. Сейчас что-то будет. Разговоров-то было как уж есть. Чтобы поджечь начинку фейерверка, большего и не надо.
Шнур заканчивается здесь, дальше обычный стопин, который и поджигает взрывной заряд. В нашей модельке это синяя набивка. Это может быть рисовая лузга или что-то подобное в специальной пропитке. Лузга? А шелуха? Да, это шелуха, верно. Я просто забыла и думаю, что за лузга такая. Так у нас получаются мелкие гранулки, что позволяет пламени быстро распространиться по шару и поджечь всё практически одновременно, что создает необходимое давление и разрывает оболочку изнутри.
Наиболее традиционный салют в форме пиона. В нем звезды равномерно заполнены весь шар, а взрыв происходит прямо в центре. В небе это будет выглядеть как симметричная аккуратная сфера. Это самая распространенная форма. Если подумать, довольно интересно, что, когда смотришь фейерверк, каждый из огоньков на самом деле вот такого размера. Но кажется, что они гораздо крупнее. Наверное, это из-за того, [музыка] быстро летает.
Какая у него скорость? Довольно большая. Управлять, конечно, в такой темноте сложновато. Ты хоть что-нибудь видишь? Когда смотрю вверх, то не очень, если честно. Как выставить фокус на том, чего даже еще нет перед камерой, когда непонятно, даже куда смотреть? Потому что тьма кромешная. Я решил хотя бы выставить экспозицию. То есть она меняться не будет. Летит потрясающе! Голубой!
Вот черт, дрон упал! Вот ведь! Я даже не понял, что я так низко. Мне интересно, как это будет выглядеть. Сейчас проверим. Итак, Ого! Здорово! Мне нравится! Эти звезды делают из смеси пороха и химических веществ с разными свойствами. Есть, например, парчовая корона. Там звезды оставляют огромный золотистый пушистый хвост. Представьте, огромная сфера рассыпающихся искр. Видно, как фрагменты разлетаются. Они довольно яркие, мерцают. Да, вот из них как раз и получаются хвосты после взрыва.
Выглядит очень круто! Этот будет синеватый. Чтобы добиться определенного цвета, звезды часто добавляют определенные химические вещества. Каждую звезду покрывают воспламеняющим составом. Это очень мелкий черный порох. Делают это потому, что многие окрашивающие компоненты требуют больше тепла, чтобы загореться. У них более высокая температура воспламенения. Поэтому сначала загорается покрытие, которое и дает достаточно энергии, чтобы началась реакция окрашивающих веществ.
Смотрите, пошел на взлет! Здорово! Мне нравится, ярко горит своими цветами! Фейерверки обязаны квантовой механики. Атом вещества поглощают энергию от огня, и электрон переходит на более высокий энергетический уровень. Допустимы лишь определенные переходы, поэтому, когда электрон возвращается на более низкую орбиту, он испускает свет с энергией, равной энергии этого перехода, и она соответствует какому-то цвету. Некоторые вещества обычно хорошо испускают вполне конкретные цвета. Вот что происходит!
Ионы меди получают энергию от огня, от горения, потом электроны возвращаются на орбиту с более низкой энергией, испуская достаточно много голубого света. Отсюда такой цвет. Ну, какая красота! Небольшое отступление. Уже отсматривая материал, я заметил, что, когда мы экспериментировали с салями, всегда было скорее зеленовато. Я сначала не понимал, почему. Но когда мы изучали пиротехнический наборчик от кивиков. Да, они спонсоры этого выпуска, но этот фрагмент мы не согласовывали.
Так вот, я выяснил, что смотрите, вот тут у меня медная соль. Сначала огонек зеленый, а потом, если подождать... Покажи крупным планом! Он синеет. О! Смотрите, смотрите, какой цвет! В общем, похоже, для насыщенного голубого нужно больше тепла. Похоже, температура нужна была повыше, чем во время наших испытаний. Теперь у нас хлорид кальция. О! Да, видели, какой красивый! Оранжевый! Смотрите! Еще возьмем соединение калия, должен получиться сиреневый. Может, самую малость?
На очереди хлорид бария. Конечно, масштаб у нас совсем не тот. Наш пиротехник смешал разные соли с топливом и зарядил их в мортиру. Тут у нас около двух галлонов метанола с бурной кислотой. Вот это другое дело! В этом красота квантовой механики! Красочные фейерверки, которые обретают свет за счет перехода электронов с орбиты на орбиту. Как по мне, гораздо интереснее цветных дымовых шашек. В них продукты горения твердые, поэтому дыма так много.
А чтобы получить нужный оттенок, просто добавляют краситель. Некоторые фейерверки меняют цвет. Для этого звезды покрывают слоями разных веществ, каждый из которых горит по-своему. Если оболочка сферическая, обычный шар, и звезды в нем разложены равномерно, то и взрыв получится ровной сферой. Грубо говоря, форма взрыва зависит от расположения звезд внутри снаряда. Как упакуешь, так разлетится.
У вас есть любимый фейерверк? Мне нравится, который похоже на медузу! Видели когда-нибудь, правда выглядит как медузы? Есть то есть, они просто упаковывают звезды иначе. Что именно надо сделать, чтобы получить купол? Современные фейерверки редко поджигают вручную. Все делается дистанционно. Каждая кнопка замыкает собственную цепь, и сигнал уходит к установке. Ток идет по проводу к электрическому воспламенителю, на конце которого нить накала. Она нагревается и запускает химическую реакцию, вылетают искры и поджигают что вам нужно.
Да, думаю, не страшно! Пыль попала. Похоже на то. Вообще кажется, можно быстро все поправить. Нас ждет грандиозный финал! Мы непонятно где. Вокруг темнота. Пока еще попробуем запустить дрон и полетать. Что же будет видно, если оказаться в небе? Когда со всех сторон взрываются фейерверки! 3, 2, 1! [музыка] Ого! Можно сюда на землю! Посветить это просто нечто! У меня в машине сигнализация сработала. Пару раз было такое, что я вообще не понимал, где верх, где низ. Надеюсь, что-то получилось, но смотрим. [музыка] Прямо среди огней, красота! Чуть не сбил дух. Захватывает!
Да вообще ничего себе! Ха-ха! А тут вверх ногами! Смотрите, я просто за всеми огоньками летал! [музыка] [музыка] Фейерверки — это идеальное сочетание химии, света и звука. Если они нужны, чтобы отпугивать злых духов, я бы сказал, что задачи они справляются.