مكونات الألعاب النارية .. وكيف تصنع

الألعاب النارية

الألعاب النارية هي عبارة عن صواريخ مصممة للانفجار بشكل مسيطر عليه بشكل كبير، حيث تنتج ضوءا ملونا وصوتا انفجاريا، وتأتي كلمة “الألعاب النارية” من الكلمة اليونانية “firework” والتي تعني بشكل مناسب “فن النار” أو “مهارة النار”، وتتكون الألعاب النارية بشكل أساسي من مزيج من المركبات التي توفر الانفجار والأملاح المعدنية التي تضفي ألوانا مختلفة.

مكونات الألعاب النارية

تتكون الألعاب النارية من أنواع مختلفة ومعقدة للغاية مثل الصواريخ وعجلات كاترين وغيرها، وعلى الرغم من ذلك فإن الألعاب النارية الجوية التي يتم تصميمها لإطلاقها في السماء تتكون من خمسة أجزاء رئيسية تعمل بترتيب محدد من الأسفل إلى الأعلى

العصا (“الذيل”):

• أول ما يلاحظه المرء هو عصا خشبية أو بلاستيكية طويلة تبرز من الأسفل، وتستخدم لإطلاق الألعاب النارية في خط مستقيم، ويعتبر هذا مهم لسببين.
• يتم توجيه الألعاب النارية بشكل محدد للذهاب إلى المكان المناسب، دون أن تتحرك بشكل عشوائي وتسبب حرائق أو أضرار في الممتلكات أو إصابات.
• يساعد استخدام العصي البلاستيكية المفصلية في عرض تأثيرات الألعاب النارية بدقة، وتمكن بعض الألعاب النارية الآن من تغليفها في صناديق أصغر حجمًا وأكثر إحكامًا.

المصهر:

• هذا هو الجزء الذي يشعل الفتيل الصغير والذي يؤدي إلى انفجار الأجزاء الملونة والمثيرة للاهتمام من الألعاب النارية في وقت لاحق، ويعتبر هذا الجزء بداية الجزء الرئيسي من الألعاب النارية.
• في الألعاب النارية المنزلية الأساسية، يتكون المصهر الرئيسي من قطعة من الورق أو القماش الذي تضيئه بولاعة السجائر.
• في عرض الألعاب النارية المعقدة، يتم إضاءة الصمامات بواسطة ملامسات كهربائية تعرف باسم رؤوس الصمامات السلكية.
• عندما يضغط فني الألعاب النارية على الزر، يتدفق تيار كهربائي في سلك رأس المصهر، مما يؤدي إلى اشتعاله لفترة قصيرة حتى يشتعل المصهر الرئيسي، ويمكن الإشعال الكهربائي عن بعد، مما يجعله أكثر أمانًا من الإشعال اليدوي.

الشحنة (“المحرك”):

• الشحنة هي مادة متفجرة بدائية نسبيا، مصممة لتفجير الألعاب النارية في السماء وأحيانا على مسافة مئات الأمتار، بسرعة تصل إلى عدة مئات من الكيلومترات/الأميال في الساعة (مثل أسرع طائرة مقاتلة)، وعادة ما تتكون من مسحوق متفجر خشن، وتعبأ بإحكام (وتعرف أيضا باسم المسحوق الأسود).
• تقليديا كان البارود المستخدم في الألعاب النارية مصنوعا من 75٪ نترات البوتاسيوم (المعروف أيضا باسم الملح الصخري) ويتم خلطه مع 15٪ فحم و 10٪ كبريت، وتستخدم الألعاب النارية الحديثة أحيانا خلائط أخرى (مثل مسحوق عديم الكبريت مع نترات البوتاسيوم الإضافية) أو مواد كيميائية أخرى بدلا من ذلك.
• يتلاحظ أن الشحنة ترسل الألعاب النارية عاليًا في الهواء ولكنها لا تنتج الانفجارات المذهلة التي يمكن رؤيتها بالفعل.

التأثير:

• هذا هو الجزء من الألعاب النارية الذي يصنع العرض المذهل بمجرد ارتفاع الألعاب النارية بأمان في الهواء سيكون للألعاب النارية تأثير واحد أو تأثيرات متعددة معبأة في حجرات منفصلة تنطلق بالتسلسل تشتعل بواسطة فتيل بطيء الاحتراق نسبياً وتأخير زمني يعمل في طريقه إلى الأعلى ويشتعل بواسطة المصهر الرئيسي.
• على الرغم من أنها مجرد مواد متفجرة، إلا أن تأثيراتها تختلف تمامًا عن الشحنة الرئيسية، وتتألف كل منها من مواد متفجرة دقيقة معبأة بشكل فضفاض، وغالباقي طوالي. يتم تشكيل هذه المواد في شكل “نجوم” منفصلة، والتي تشكل الانفجارات الصغيرة والفردية والملونة في الألعاب النارية الأكبر حجمًا.
• يمكن أن يؤدي صنع وتعبئة كل تأثير بطريقة معينة إلى إنشاء انفجار واحد للنجم بسرعة كبيرة، أو يمكن إطلاق عدد كبير من الألعاب النارية الصغيرة في اتجاهات مختلفة، مما يتسبب في سلسلة من الانفجارات الصغيرة المتتابعة بشكل مذهل ومحدد مسبقًا.

الرأس:

• الحمولة النافعة هي الاسم العام للجزء العلوي من الألعاب النارية التي تحتوي على تأثيرات مختلفة، وتشبه إلى حد كبير الحمولة في الصواريخ الفضائية.
• في بعض الأحيان يتم تصميم الرؤوس المدببة للألعاب النارية على شكل مخروط أنفي لجعلها تتحرك بشكل أسرع وأكثر ديناميكية في الهواء، وزيادة فرصها في الحركة في خط مستقيم، على الرغم من أن العديد من الألعاب النارية تنتهي بنهاية حادة.

كيف تصنع الألعاب النارية

الألعاب النارية المتفجرة هي في الأساس تفاعلات كيميائية تحدث في وقت واحد أو تتسلسل بسرعة، وعند إضافة بعض الحرارة توفر طاقة تنشيط كافية (الطاقة التي تشغل التفاعل الكيميائي) لتكوين مركبات كيميائية صلبة معبأة داخل الألعاب النارية. تحترق هذه المركبات بالأكسجين في الهواء وتتحول إلى مواد كيميائية أخرى، مما يؤدي إلى إطلاق الدخان وغازات العادم مثل ثاني أكسيد الكربون وأول أكسيد الكربون والنيتروجين في العملية.

هذا مثال على أحد التفاعلات الكيميائية التي قد تحدث عند احتراق البارود الرئيسي

عند مزج 2KNO3 (نترات البوتاسيوم) و S (كبريت) و 3 درجات مئوية (كربون على شكل فحم)، يتم تحويلهم إلى K2S (كبريتيد البوتاسيوم) و N2 (غاز النيتروجين) و 3 CO2 (ثاني أكسيد الكربون).

فيزياء الألعاب النارية:

• لا يتمكن المواد الكيميائية الصلبة المعبأة في علب الورق المقوى من إعادة ترتيب نفسها ببساطة إلى مواد كيميائية أخرى، حيث يتم تحويل جزء من الطاقة الكيميائية المحتجزة داخلها إلى أربعة أنواع أخرى من الطاقة، وهي الحرارة والضوء والصوت والطاقة الحركية للحركة.
• وفقاً لقانون أساسي في الفيزياء يسمى حفظ الطاقة (أحد أهم القوانين العلمية الأساسية التي تحكم كيفية عمل الكون) يجب أن تكون الطاقة الكيميائية الكلية المعبأة في الألعاب النارية قبل اشتعالها هي نفس إجمالي الطاقة المتبقية فيها بعد أن تنفجر بالإضافة إلى الطاقة المنبعثة على شكل ضوء وحرارة وصوت وحركة.

سبب إطلاق الألعاب النارية في الهواء:

• الشحنة تشبه صاروخا محترقا قليلا حيث يتم تشغيل الألعاب النارية بواسطة الفعل ورد الفعل (المعروف أيضا باسم قانون نيوتن الثالث للحركة) بنفس طريقة صاروخ الفضاء أو المحرك النفاث.
• عند اشتعال المسحوق الذي يتم تعبئته في الشحنة، يتم إطلاق غازات عادم ساخنة تنطلق إلى الخلف، وتتسبب في إنشاء قوة رد فعل متساوية ومعاكسة تشبه قوة الانفجار الخارج من محرك صاروخي، وتساعد في إطلاق الألعاب النارية إلى الأمام في الهواء.

سبب تلون الألعاب النارية بألوان مختلفة عند اشتعالها

• إنه ترتيب الإلكترونات في الأصداف خارج نواة المعدن الذي يسمح بامتصاص الطاقة وانبعاث أطوال موجية مختلفة (ألوان) من الضوء حيث يجلب كل عنصر “لون” محدد بناءً على عدد إلكتروناتها ولدى الإلكترونات تفاعلات بين بعضها البعض في الأصداف المحيطة بالنواة ويؤدي هذا المزيج من العوامل إلى ظهور مجموعات محددة من الخصائص لمعدن معين.
• أثناء عبور الجدول الدوري، يزداد وزن العناصر، وهذا يساهم أيضًا في مستويات الطاقة النسبية المرتبطة بتوزيع الإلكترونات، والتي ستؤثر أيضًا على اللون الذي ينبعث من هذه العناصر.
• إذا قمت بحرق المعادن في لهب ساخن، مثل موقد بنزين في مختبر المدرسة، فإنها تتوهج بألوان كثيفة للغاية، وهذا بالضبط ما يحدث في الألعاب النارية.
• تختلف الألوان التي تعطيها المركبات المعدنية المختلفة، فمركبات الصوديوم تعطي اللون الأصفر والبرتقالي، وأملاح النحاس والباريوم تعطي اللون الأخضر أو الأزرق، ويصنع الكالسيوم أو السترونتيوم اللون الأحمر.