Proslave rođendana, veridbi, svadbi, sportskih pobeda, dočeka Nove godine, a poslednjih nekoliko godina ni Badnje večeri ne mogu proći bez vatrometa. Nekada se to smatralo luksuzom i organizovalo za posebne prilike a sada bar jednom nedeljno možemo čuti pucanje vatrometa u neposrednoj blizini.
Vatromet je u suštini projektil dizajniran da eksplodira na kontrolisan način sa glasnim zvučnim praskom i svetlosnim efektima u raznim bojama.
Ali hajde da krenemo od osnovnih stvari.
Petarda i prskalica
Petarda je pirotehničko sredstvo u obliku male čvrste papirne cevi napunjene barutom i sa malim fitiljem za paljenje tog istog baruta. Ovaj crni barut se sastoji od uglja, sumpora i kalijum nitrata. Neke petarde koriste mešavinu baruta i aluminijuma kako bi eksplozija imala i svetlosni efekat.
Prskalice se veoma razlikuju od petardi, jer gore polako, nekad i do minut, i stvaraju jaku svetlost. Sastoje se od goriva (ugalj i sumpor), oksidatora (kalijum nitrat), čeličnog ili gvozdenog praha i veziva (šećer ili skrob). Mešanjem svih ovih sastojaka sa vodom dobija se gusta smesa u koju se umoči žica, a kada se sve to osuši, imamo prskalicu. Kada je upalimo, prskalica gori od jednog kraja ka drugom (kao cigareta) a zbog jednake količine goriva i oksidatora, gorenje je sporo a ne eksplozivno kao kod petarde.
Dakle, prskalica nam pokazuje kako se dobija blistava svetlost, a petarda kako se stvara eksplozija. Sada kada znamo kako rade ova dva pirotehnička sredstva, možemo preći na vatromet.
Šta je vatromet i kako on funkcioniše?
Postoji mnogo vrsta vatrometa, a jedan od najčešćih tipova komercijalnih vatrometa ima funkcije slične raketi.
Osnovni delovi vatrometa su:
- Minobacač: čelična cev koja drži granatu do njenog lansiranja.
- Granata ili raketa: sa crnim barutom kao raketnim pogonom, koji pomoću izduvnih gasova lansira granatu iz minobacača. Granate su najčešće u obliku dve spojene papirne polulopte, napunjene zvezdama dizajniranim tako da kreiraju specijalan efekat na nebu.
- Fitilj ili štapin: prenosi toplotu koja pali barut i aktivira raketni pogon.
- Crni barut: izmišljen u Kini pre više od 1000 godina, ova vrsta baruta se sastoji od 75% kalijum nitrata, 15% drvenog uglja i 10% sumpra.
- Zvezde: okrugle, kockaste ili cilindrične kompozicije napravljene od raznih hemikalija, kao što su soli metala. Kada se zapale stvaraju specijalne zvučne i svetlosne efekte.
- Eksplozivno punjenje: nalazi se u sredini granate i pali zvezde unutar nje.
- Sporogoreći štapin: aktivira eksplozivno punjenje unutar vatrometa i obezbeđuje vremensko odlaganje tako da granata eksplodira na određenoj visini.
Za pokretanje vatrometa, neophodno je prvo pravilno postaviti minobacač (držač), ubaciti vatromet u njega, a potom upaliti fitilj. Toplota plamena putuje duž fitilja dok ne stigne do dna granate, gde se nalazi crni barut. Kada se zapali, barut stvara vrele gasove i mnogo energije koji zatim lansiraju granatu iz cevi u vis.
Granata je ispunjena kuglicama, takozvanim zvezdama. Kada ispaljeni vatromet dostigne određenu visinu, drugi, sporogoreći fitilj se pali i aktivira eksplozivni naboj. Ovo aktivira zvezde u vatrometu koje eksplodiraju u zaslepljujući spektar boja, zvukova i drugih efekata.
Izgled svakog vatrometa zavisi od vrste kuglica kojima je napunjen, kao i od njihove veličine i količine. Neke zvezde sadrže soli metala, koje proizvode blistave boje, dok druge sadrže hemijska jedinjenja koja stvaraju zaslepljujuće svetlosne efekte poput bljeskova i svetlucanja.
Pojedine u sebi imaju hemikalije koje stvaraju posebne zvučne efekte. Kalijum hlorat stvara glasne zvukove, dok bizmut stvara efekte pucanja ili pucketanja.
Druga jedinjenja mogu biti čvrsto spakovana u tubu vatrometa kako bi omogućilo sporije sagorevanje, a kao rezultat toga imamo sporo oslobađanje gasa koje stvara zvuk zvižduka.
Šarena hemija
Sve te eksplozivne, šarene slike na noćnom nebu koje posmatramo sa oduševljenjem rezultat su nekoliko hemijskih reakcija.
Zvezde unutar vatrometa su napravljene od soli metala, koje zapravo predstavljaju praškaste kombinacije metala i drugih hemijskih komponenti.
Kada se zvezde zapale, metalne čestice (u metalnim solima) apsorbuju ogromnu količinu energije. Kada počnu da se hlade, čestice emituju ovu dodatnu energiju u obliku svetlosti.
Različita metalna jedinjenja daju različite boje.
- Stroncijum: crvena
- Kalcijum: narandžasta
- Natrijum: žuta
- Barijum: zelena
- Bakar: plava
- stroncijum + bakar: ljubičasta
- Magnezijum, aluminijum: srebrna tj. siva
- Magnezijum, aluminijum + titanijum: bela
Možemo primetiti da nema kombinacije za crnu boju. Čudno, zar ne? Pa i ne baš. S obzirom na to da se vatrometi ispaljuju u toku noći, zapravo bi bilo suludo pokušavati prikazati crnu sliku na crnoj pozadini.
Ali… šta ako bi se crni vatromet koristio za dan? I da li se uopšte vatromet može koristiti danju? Pa, reklo bi se da je to moguće.
Pitanje je samo koliko to ima smisla i lepote. Mi naš glas ipak dajemo za noćni vatromet, kada sve te blještave boje dolaze u kontrast sa tamnim noćnim nebom.
Fizika vatrometa
Energija se ne može stvoriti ni uništiti, već samo prelazi sa jednog tela na drugo ili se pretvara iz jednog oblika u drugi. (Zakon očuvanja energije)
Čvrste hemikalije upakovane u kartonsko telo rakete se neće same od sebe pretvoriti u druge hemikalije. Deo hemijske energije koja se nalazi u njima se pretvara u drugu vrstu energije kao što su toplota, svetlost, zvuk i kinetička energija kretanja. Prema osnovnom zakonu fizike koji se zove očuvanje energije ukupna hemijska energija upakovana u vatromet pre nego što se zapali mora biti ista kao i ukupna preostala energija u njemu nakon što eksplodira, plus energija oslobođena kao svetlost, toplota, zvuk i kretanje.
Sile, kojima tela uzajamno deluju, imaju iste intenzitete, iste pravce, a suprotne smerove. (III Njutnov zakon akcije i reakcije)
Fizika nam takođe objašnjava zašto vatromet ide u vis.
Kada barut u punjenju sagoreva, on ispušta vruće izduvne gasove koji se ispaljuju unazad. Sila izduvnih gasova koji se ispaljuju nadole je poput eksplozije koja izlazi iz raketnog motora i stvara jednaku i suprotnu silu “reakcije” koja šalje vatromet nagore.
Ukupan impuls izolovanog sistema čestica (tela) je konstantan. (Zakon održavanja impulsa i energije)
Verovatno ste primetili da vatromet uvek pravi simetrične oblike. Skoro nikada se ne dešava da vatromet ispali sve svoje zvezde na jednu stranu ili da je eksplozija veća na jednoj strani rakete u odnosu na drugu stranu. Ok, ukoliko uzmemo u obzir da se vatromet ne ispaljuje u izuzetno vetrovitim uslovima gde vetar remeti dobijenu sliku (dozvoljena brzina vetra je do 5 m/s) – eksplozija je uvek savršeno simetrična. Zašto je to tako?
Impuls vatrometa (količina “stvari” koja se kreće u svakom pravcu) mora biti isti pre i posle eksplozije, tako da eksplozije na levoj strani moraju biti izbalansirane sa eksplozijama na desnoj strani.
Vrste vatrometa
Iznenađenje i raznolikost su ključ svakog dobrog vatrometa: kada bi svi vatrometi bili potpuno isti, ljudima bi brzo postalo dosadno. Iako svi vatrometi u suštini rade na isti način – kombinujući snagu projektila sa sagorevanjem metalnih jedinjenja – postoji mnogo različitih tipova.
One o kojima smo do sada govorili nazivaju se rakete i proizvode najspektakularnije prikaze visoko u vazduhu.
- Rotirajući vatromet (Catherine wheels) se koristi na zemlji. Sastoji se od nekoliko malih vatrometa postavljenih oko ivice drvenog ili kartonskog diska koji ga teraju da se okreće dok eksplodiraju.
- Rimske sveće su u suštini kartonska cev umotana u ukrasni papir koja sadrži nekoliko zvezda koje se ispaljuju u malih razmacima.
- Petarde su vatrometi dizajnirani da proizvode zvuk, a ne svetlost i često su ugrađeni u gornje efekte raketa.
- Jednostavne granate se sastoje od papirne tube ili lopte ispunjene zvezdama i barutom. Kada fitilj sagoreva, on zapali eksplozivno punjenje što dovodi do eksplozije granate. Ova eksplozija zatim pali spoljašnjost zvezda koje gore jarkim bojama. Pošto je eksplozija razbacala sve zvezde u svim pravcima, dobijamo jednu ogromnu svetlucavu sferu.
- Složene ili višestruke granate pucaju u dve ili tri faze i mogu da sadrže zvezde različitih boja i sastava kako bi se stvorila mekša ili svetlija slika, sa manje ili više varnica, itd. Neke granate sadrže eksplozive dizajnirane da pucketaju u vazduhu ili da ispuštaju zvižduk.
Višestruke granate mogu u sebi imati manje granate, ili samo izdvojene delove unutar jedne granate koji se sekvencijalno pale uz pomoć različitih fitilja. - Vatromet u obliku zvezde, srca ili smajlija nastaje slaganjem zvezda u granatu u željenoj formaciji, koristeći kartonski umetak. To je sve što je potrebno da se stvori impresivan oblik na nebu, iako će pirotehničari često ispaliti nekoliko ovih vatrometa iz različitih uglova, tako da ih cela publika može videti i uživati.
Za kraj, da vidimo kako je sve to počelo…
Mnogi istoričari smatraju da je vatromet prvobitno razvijen u drugom veku pre nove ere u drevnoj Kini. Veruje se da su prve prirodne petarde zapravo bile stabljike bambusa koje bi, nakon bacanja u vatru i pregrevanja vazduha u šupljinama drveta, eksplodirale uz prasak. Kinezi su verovali da ove prirodne petarde teraju zle duhove.
Tek u periodu između 600-900. godine nove ere, kineski alhemičar je pomešao kalijum nitrat, sumpor i ugalj kako bi napravio crni prah – prvobitni barut. Ovaj barut je zatim sipan u izdubljena bambusova stabla čime je stvoren prvi vatromet.
Zamislite samo kako bi nečuveno izgledalo da, u današnjem društvu koje ima averziju prema riziku, neko predloži da tek tako ispalimo mnoštvo eksploziva u vazduh. Na sreću, vatromet je izmišljen davno pa sada ipak možemo da uživamo u ovakvoj blistavoj magiji kada god imamo proslavu na otvorenom.
I za sam kraj da spomenemo da reč “pirotehnika” potiče od grčkih reči pûr (vatra) i tekhnikós (veština) i predstavlja vatrenu veštinu ili vatrenu umetnost. Sasvim prikladan naziv, zar ne? Možemo slobodno reći da moderni vatrometi zaista predstavljaju pravo umeće i umetnost.
