Wybuch Fiolki: Ruch Projektowanych Przedmiotów Spotyka się z Radialną Kinetyką

Dwie fazy, dwa różne problemy fizyczne

Pudełko z petardami jest w rzeczywistości dwiema połączonymi symulacjami. Najpierw zachowuje się jak ciało stałe poruszające się rakietą: rura wyrzutna nadaje mu stałą prędkość początkową, a od momentu opuszczenia lufy podąża za ruchem balistycznym pod wpływem grawitacji i oporu powietrza, tak samo jak kula z armaty. Następnie, w czasie i wysokości ustawionych przez wewnętrzną iskrę czasu, przestaje być jednym obiektem i staje się setkami niezależnych pocisków – gwiazd – które dziedziczą prędkość puszki w momencie wystrzału i następnie lecą na własną wolność.

Faza startowa to standardowy ruch pocisku z kwadratowym oporem: a = g - (k/m) v |v|. Opór powietrza ma ogromne znaczenie dla pudełka poruszającego się z prędkością 40-70 metrów na sekundę przez powietrze, dlatego symulacja, która stosuje tylko grawitację, zauważalnie przeoczy prawdziwe wierzchołek. Wysokość puszki w momencie wystrzału jest dostosowywana do czasu iskrzy, a nie przez celowanie – pyrotechnicy przycinają czas iskry do czasu trwania spalania, który odpowiada sekundom potrzebnym do osiągnięcia pożądanej wysokości; typowe pudełko 3 cali (75 mm) wystrzeliwane jest na wysokości około 100 metrów po około 3-4 sekundach lotu.

Wybuch: symetria okręgowa z wewnętrznego ładunku

Wewnątrz oszkieletu gwiazdy są ułożone w obłazie kulistym lub półkulistym wokół niewielkiego ładunku wybuchowego umieszczonego w centrum. Kiedy zapalnik spala się, inicjuje on ten ładunek, a powstający fala ciśnienia wypycha każdą gwiazdę na zewnątrz wzdłuż linii od środka oszkieletu przez położenie tej gwiazdy w obłazie – dlatego dobrze skonstruowany oszkieleć produkuje niemal idealną rozszerzającą się kulę zamiast przypadkowego rozprysku. Specjalne geometrie obładów – pierścień gwiazd, serce, uśmiech – przenoszą tę samą symetrię okręgową w niebo jako rozpoznawalny kształt.

// per-star velocity immediately after burst
const theta = Math.random() * Math.PI * 2;
const phi = Math.acos(2 * Math.random() - 1);   // uniform point on a sphere
star.vx = shell.vx + burstSpeed * Math.sin(phi) * Math.cos(theta);
star.vy = shell.vy + burstSpeed * Math.sin(phi) * Math.sin(theta);
star.vz = shell.vz + burstSpeed * Math.cos(phi);

Spadające gwiazdy: opór, grawitacja i wygasanie

Po uwolnieniu od obłoki, każda gwiazda staje się własnym małym pociskiem: grawitacja ciągnie ją w dół, a opór spowalnia prędkość rozbłysku, a jej własna wewnętrzna kompozycja pali się przez określony czas – zwykle pół sekundy do kilku sekund – zanim zgaśnie. Ten czas spalania, a nie szybkość wybuchu, określa, jak duży może być kwiat światła, jaki obserwujemy: gwiazdy, które lecą szybko, ale palą się krótko, tworzą mały, ostry wybuch; gwiazdy, które palą się wolno, rysują długie, opadające ścieżki, ponieważ grawitacja ciągnie całą formę w dół, jak łza. Efekty wiśni i palmowe powstają z powodu gwiazd o spowolnionym spalaniu i wysokim współczynniku oporu; efekty trzasków i brokatu dodają drugiego, mikrozalewnego wybuchu, zaplanowanego w czasie własnego spalania każdej gwiazdy.

Chemia wyznacza kolor, fizyka kształt

Oba efekty są niezależne i symulacja może je traktować oddzielnie. Kolor pochodzi z soli metalicznych w składzie gwiazdy emitujących promieniowanie o charakterystycznych długościach fal po podgrzaniu przez płomień – stroncium dla czerwieni, bar był dla zieleni, miedź dla błękitu, a sod dla żółci – więc kolor jest właściścią gwiazdy, stałą na całej jej drodze. Kształt pochodzi wyłącznie z mechaniki opisanej powyżej: kąt wystrzelenia i prędkość określają, gdzie leci osłup, timing detonacji ustawia, kiedy i w jakim stopniu się otwiera, a geometria wybuchu ładunkowego określa, czy gwiazdy lecą jako sfera, pierścień lub bardziej skomplikowany wzór.

Co symulacja przybliża

Ten model na tej stronie dba o rzetelne oddanie fizyki, jednocześnie pozostając wystarczająco szybki do symulacji setek gwiazd działających równocześnie: stała grawitacja, spalanie ładunku z czasem liniowym, oraz uproszczony człon oporu zamiast pełnego modelu aerodynamiki w kształcie rozpadającego się węgla. Ignoruje on gradienty wiatru i niewielką asymetrię, która powstaje w rzeczywistych pociskach ze względu na niedoskonałe ułożenie gwiazd, które są modelowane w profesjonalnych programach do projektowania pirotechnicznych, ponieważ dla pojedynczego pocisku na ciemnym tle te detale są niewidoczne gołym okiem, ale kosztowne do obliczania w każdym kadrze.

Frequently asked questions

Wypróbuj na żywo

Wszystko powyżej działa bezpośrednio w Twojej przeglądarce — otwórz Fireworks Shell Burst i zmieniaj parametry podczas działania. Nic nie jest instalowane ani przesyłane na serwer, cały model działa w jednej karcie.