煙花在我國有著悠久的歷史，古人曾用“東風夜放花千樹，更吹落，星如雨”這樣生動的詩句去描繪煙花綻放時的絢爛。

如今，人們也會燃放煙花來慶祝大型活動或重要節(jié)日，每一次煙花的綻放，都是視覺與情感的雙重盛宴。

人們觀賞煙花

（圖片來源：Veer圖庫）

其實，這些絢爛的圖案和千變?nèi)f化的音效，都是提前設計并通過技術實現(xiàn)的！今天，就帶大家一同了解煙花設計背后的科學知識。

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我國最早在唐代就有了煙花！

煙花的歷史可以追溯到公元9世紀的唐代，當時的煙花是用來驅(qū)除邪靈和祈求好運。到了宋代，煙花的使用逐漸轉(zhuǎn)向節(jié)慶和娛樂，制作煙花的技術開始得到發(fā)展，煙花的形式不僅限于簡單的爆竹，還開始出現(xiàn)形狀多樣、顏色豐富的焰火。在明清時期，煙花的制作技藝不斷提升，逐漸成為皇室和貴族的慶典活動中的重要一環(huán)，也廣泛應用于節(jié)日慶典，如春節(jié)、元宵節(jié)等。

隨著煙花技術的不斷發(fā)展，它逐漸傳播到世界各地，成為全球節(jié)日慶典中的一大亮點。煙花從中國的傳統(tǒng)慶典，走向了世界的舞臺，成為歷史文化與現(xiàn)代科技相融合的奇妙藝術。

波西米亞藝術家Wenceslaus Hollar的版畫作品《赫米塞姆的煙花》

(創(chuàng)作年代約為1625-77)

（圖片來源：大都會藝術博物館）

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現(xiàn)代煙花是怎樣綻放出各種形狀的？

現(xiàn)代煙花綻放時能精確制造出各種美麗的形狀，這些形狀是通過精密計算和設計煙花中的裝藥和星體排布方式來產(chǎn)生的。星體是由各種金屬鹽、氧化劑、火藥等組成的小顆粒，決定了煙花綻放時的形狀和色彩。每顆星體的制作都需要精準的化學配比，才能確保它在爆炸時達到預期的效果。所以，星體不僅是煙花絢麗表演的源泉，也是煙花藝術的精華所在。當煙花升空后，火藥爆炸產(chǎn)生的推力可以把星體推到事先設計的方向上，讓星體向各個方向發(fā)散，從而在空中展現(xiàn)出如各種各樣美麗的圖案。

例如，通過精確排列火藥包并設置延時引線，煙花可以在半空中爆炸并形成星形、花朵形等奇妙的圖案，仿佛在夜空中繪制了一幅美麗的畫卷。

煙花的三種布局方式

（圖片來源：維基百科）

有些煙花采用火藥作為驅(qū)動器，能夠在空中旋轉(zhuǎn)，如同飛舞的星辰，帶來動感十足的視覺體驗。煙花像流星般劃過夜空，并在瞬間點亮整個夜空。煙花的形狀設計和點燃時機就像是一位藝術家手中的畫筆，勾畫出一幅幅動人的夜空圖景。

煙花的內(nèi)部排布

（圖片來源：維基百科）

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各種絢爛的色彩又是怎么實現(xiàn)的？

煙花自古以來就因絢麗的色彩而被人們所喜愛，這些色彩并非是隨機產(chǎn)生的，而是來源于叫做焰色反應的物理現(xiàn)象。

每當夜空中綻放出絢麗的色彩時，那是金屬原子在火焰中舞蹈的結(jié)果。具體來說，不同的金屬元素在火焰中加熱后，金屬原子中的電子會吸收熱量，像跳躍的小精靈一樣躍升到更高的能級。當溫度降低后，電子會從高能級躍遷到低能級并釋放出能量，這些能量以不同波長光的形式表現(xiàn)出來。不同波長的光在我們的眼睛中對應著不同的顏色，煙花的色彩正是通過這種反應產(chǎn)生的。

常見金屬的焰色反應

（圖片來源：科學小屋）

為了產(chǎn)生不同顏色的煙花，煙花設計師會向煙花中加入不同的金屬或金屬鹽，如添加鉀鹽產(chǎn)生紫色，添加鈉鹽產(chǎn)生黃色等。有些特殊的煙花還會控制火藥的燃放順序和金屬鹽的空間位置，從而呈現(xiàn)出隨時間變換不同顏色或者漸變顏色的煙花。

與此同時，煙花設計師還需要調(diào)節(jié)火藥的配方來控制溫度和燃燒速率。溫度越高，金屬元素的激發(fā)越強烈，顏色越鮮明；藥中的氧化劑和燃料成分，也會影響焰色的呈現(xiàn)。因此，煙花的色彩并非單純的物理現(xiàn)象，而是物理和化學精密調(diào)配的藝術結(jié)晶。

煙花爆炸后美麗多彩的顏色

（圖片來源：veer圖庫）

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煙花爆炸時或高或低的音效也可以設計？

如今，煙花表演已經(jīng)不僅僅局限于視覺效果，聲音也成為了煙花藝術的重要組成部分。在大型節(jié)慶活動和煙花表演中，聲音和視覺常常是同步的，創(chuàng)造出震撼的觀感和聽感體驗。

煙花的聲音主要是由火藥的爆炸所產(chǎn)生的。火藥在爆炸時會釋放出大量的氣體，這些氣體在爆炸瞬間猛烈膨脹，產(chǎn)生了向外傳播的壓力波。就像一顆巨大的水珠跌入湖面，激起的波動迅速擴散至四面八方，我們聽到的“轟隆”聲，正是空氣壓力瞬間劇烈變化的結(jié)果。

現(xiàn)代煙花可以通過調(diào)整火藥中金屬鹽和其他化學成分的比例，改變爆炸時產(chǎn)生的氣體膨脹速度和壓力，從而控制音高。使用不同的金屬鹽（如鋁、鋇或鋯）就像是在音符中加入不同的調(diào)性，可以影響燃燒反應的速率和氣體膨脹的方式，調(diào)節(jié)爆炸聲的頻率，使之高亢激昂或低沉深遠。

煙花的外殼設計在聲音效果上也起著關鍵作用。現(xiàn)代煙花的外殼通常由紙殼、鋁箔或金屬箔等材料制成，不同的設計可以影響聲音的傳播和音質(zhì)。比如硬殼（如鋼殼）可以引發(fā)較為強烈的爆炸聲音，像雷鳴般震耳欲聾，而軟殼（如紙殼）則會使爆炸聲音較為沉悶、較為低沉。

現(xiàn)代煙花不僅僅是簡單的爆炸和綻放，而是蘊含著深刻的科學原理和精密的設計藝術。每一場煙花表演，都是化學、物理和藝術的完美結(jié)合。通過了解這些背后的科學原理，我們不僅能夠更加欣賞煙花的美麗，也能感受到科學技術帶來的無限可能。在未來的煙花表演中，必將有更為絢爛和驚艷的視聽盛宴。