Piłki ogniste: fizyka za tą każdą symetryczną burzą gwiazd

Dwa oddzielne zadania fizyczne, podane jeden za drugim

Przebieg display piłek ogniw jest rzeczywiście dwoma niezależnymi problemami fizycznymi łączącymi się w jeden. Najpierw problem pocisku: puszka wystrzeliwa, pod wpływem grawitacji i oporu powietrza wykonuje paraboliczny lub podobnie paraboliczny ruch, a następnie osiąga punkt eksplozji. Następnie problem eksplozji cząsteczkowej: wtedy tysiące ognistych gwiazd jest rzucone jednocześnie w wszystkie kierunki, a każda z nich staje się własnym małym pociskiem, podlegającym tym samym grawitacji i oporowi powietrza, tylko zaczynając od innej prędkości.

Start: grawitacja i opór powietrza razem

Bez oporu powietrza, pocisk wystrzelony would follow a idealnej paraboli — rezultat ruchu projektila z podręcznika fizyki. W rzeczywistych piłkach ognistych są ciężkie dla swojej wielkości i poruszają się szybko, więc opór powietrza nie jest tylko notką w stopce, to główny czynnik: siła oporu wzrosie z kwadratu prędkości, więc dominuje na początku lotu i ma znaczenie znacznie mniej, gdy pocisk spowolni się blisko szczycia swojej dróg.

a = g - (drag_coeff * |v| * v) / mass     // drag opposes velocity, scales with v²
v += a * dt
x += v * dt

Wysyp: przekształcenie jednej prędkości w setki

Na punkcie wysypu prędkość kulotki jest dziedziczona przez każdą gwiazdkę, a następnie każda gwiazdka otrzymuje dodatkowy wejście prędkości wystrzalowy wychodzący w stronę zewnątrz — obwieszczone typowo równomiernie po całej sferze (lub pasku, dla wzoru na paski wysypu), co sprawia, że kształt ma się jak symetryczna kula, a nie jak nieporęczna rozprysk. To dlatego widzimy, że expansja kulotki w sferze widocznie przemieszcza się jako całość w kierunku, w którym kulota nadal poruszała się na chwilę przed wysypem: prędkość końcowa każdej gwiazdki wynosi prędkość kulotki + prędkość wystrzalowy radially, dodawane jako wektory, a nie jako dwa osobne niespójne ruchy.

star.velocity = shell.velocity + randomOnSphere() * burstSpeed

Kolor jest problemem chemicznym, a nie fizykalnym

Kolor każdego gwiazdka wynika z spalania sór metali przy temperaturze ognia i emitowania światła w określonych długowavelowych charakterystycznych dla danego elementu — sól strontium spala na czerwono, baryum na zielono, kupron na niebiesko, a sod spala jasno żółto-oranż. Obezwzględne osiągnięcie czystego niebieskiego ogniwka jest znanej z dawna trudniejsze, ponieważ zasoby produkujące dobre niebieskie często rozkłada się przy wysoce temperaturach potrzebnych dla jasnego błysku, co wymusza chemiczne kompromis między czystością koloru a jasnością, który technicy ogniwka walczą już ponad sto lat.

Ślad, znikanie i dlaczego wyświetlenie wygląda na żywe

Każda gwiazdka również wypala się podczas swojego życia — rzeczywiste gwiazdy to małe kule składu spalającego, który w końcu wygasza. Simulacje to powtarzają, dodając do gwiazdek zanikający alpha i często zmniejszający się promień w czasie od 1 do 3 sekund. Podlej za każdym gwiazdkiem krótki ślad cząsteczkowy (kilka zanikających pozycji duchowych z poprzednich klatek) i wybuch odczyta się jako błyszczące pęczek, a nie hard dot — to właściwie wszystko co sprzedaje „wybuch papierosów” — podstawowa fizyka jest w rzeczywistości tylko grawitacją plus oporem powietrza zastosowanym do wielu cząsteczek jednocześnie.

Często zadawane pytania