2月10日,东京大学工学研究生院井上智弘副教授与横滨国立大学入井雄一郎教授和三宅笃美教授、艾克斯-马赛大学Emmanuel Biermo教授合作,产生火花。・宣布它首次以清晰的分支进行高速摄影,并揭示了主要的化学反应。此外,从理论上公式化了火花的行为。
自江户时代以来,烟火作为夏季传统之一而广受欢迎。到目前为止,已经明确火球和火花通过与环境氧气发生化学反应产生热量,并且由钾化合物组成,钾化合物是黑色粉末的反应产物。另一方面,熄灭并消失的火花很难拍到清晰的照片,而为烟火着色的火花是一个谜。
这一次,研究小组成功地使用高速相机“Photron SA-Z”以每秒 10 帧的速度拍摄了清晰的烟火时间序列图像。扭曲的纸下端形成的火球表面有许多气泡。这些气泡突然破裂,在表面张力的驱动下产生流动,直径为 0.1 mm 的液滴以 1 m/s 的速度弹出。这个原理与倒进玻璃杯中的香槟气泡中的水滴跳跃是一样的,烟花的噼啪声也是气泡破裂的声音。这个弹出的水滴的残像看起来像一个火花。
观察结果发现,从火球中跳出的水滴在连锁反应中分裂时所描绘的轨迹形成了松针火花。通常情况下,固体和液体在分裂一次或两次后就会变得稳定,因此除非施加外力,否则它们不会进一步分裂,而在烟火中,孤立的液滴将成为一代又一代的儿童液体。继续制造液滴。在论文中,这种新的分裂形式被称为连续分裂,由此产生的一系列自相似现象被称为直接级联。很明显,烟花的独特美是由液滴的连锁分裂创造的,这与之前已知的分裂现象不同。
这项研究揭示了一种创造烟火之美的科学,自江户时代以来一直很受欢迎。另一方面,火花不分支而变成柳树的机制尚未阐明,未来的研究值得期待。