Kembang Api dan Sains

Malam ini mungkin kita sedang menyaksikan kembang api di langit, seperti pada malam hari raya sebelumnya dan juga pada malam pergantian tahun. Perkiraan yang kedua, mungkin malam ini kembang apinya ditiadakan karena masih dalam masa pandemic. Karenanya artikel ini ditulis untuk menambah pengetahuan dan juga sebagai pengganti kembang api yang seharusnya kita lihat malam ini.  

Kembang api memiliki sejarah panjang. Semuanya terjadi 1000 tahun yang lalu berawal ketika seorang biksu Cina yang ingin menakuti hantu. Biksu itu bernama Li Tian, dengan memasukkan bubuk mesiu kedalam sepotong bambu, dan melemparkannya ke dalam api, model pertama kembang api ditemukan. Pada hari ini kembang api sudah melalui banyak perkembangan, didasarkan pada prinsip yang sama. Namun, perkembangan lebih ditekankan pada warna, dan juga kembang api yang meledak di langit daripada di tanah

Warna mulai dimasukkan selama Renaissance Italia. Baja dan arang digunakan menghasilkan ledakan warna kuning dan oranye. Saat ini kombinasi logam yang berbeda, seperti strontium (memancarkan lampu merah), barium (memancarkan hijau), dan tembaga (memancarkan biru) digunakan untuk menghasilkan berbagai macam warna.

Kembang api adalah salah satu pertunjukan luar ruangan paling spektakuler, menghasilkan warna yang menakjubkan dan berbagai bentuk. Tetapi bagaimana cara kerjanya? Bagaimana kembang api begitu banyak warna dan pola? Dan setiap kali kita bertanya “bagaimana” maka kita merujuk pada fenomena fisik, dan kita secara khusus mengajukan pertanyaan untuk sains.  

Apa yang ada di dalam kembang api? Sebagian besar kembang api bersumber dari tabung kecil yang disebut aerial shell atau cangkang aerial yang mengandung bahan peledak. Semua cahaya, warna, dan suara kembang api berasal dari bahan ini. Cangkang atau shell ini terbuat dari serbuk mesiu, yang merupakan bahan peledak yang sudah tidak asing lagi bagi kita, dan sebuah gumpalan kecil (dibentuk menjadi bola, kubus, atau silinder yang biasanya berdiameter 3-4 cm) bahan peledak yang disebut “bintang” yang memberi warna kembang api ketika meledak. Ketika melihat kembang api, kita benar-benar melihat hamburan bintang-bintang.

kembang api
aerial shell

Setiap bintang terdiri dari empat bahan kimia: zat pengoksidasi, bahan bakar, logam sebagai pewarna, dan binder atau pengikat. Keempat bahan ini memiliki fungsi masing-masing. Akibat nyala api atau percikan api, zat pengoksidasi dan bahan bakar akan terjadi reaksi kimia yang menghasilkan panas dan gas. Logam sebagai pewarna akan menghasilkan warna, dan binder berfungsi untuk menyatukan zat pengoksidasi, bahan bakar, dan pewarna. Di tengah-tengah aerial shell terdapat bahan peledak dilengkapi dengan sekering di atasnya. Menyalakan sekering dengan api atau percikan memicu ledakan pada bahan peledak dan seluruh cangkang.

Bagaimana kembang api meledak? Ledakan kembang api terjadi dalam dua tahap: Aerial shell ditembakkan ke udara, dan kemudian meledak di udara. Untuk mendorong Aerial shell ke udara, cangkang ditempatkan di dalam sebuah tabung, yang disebut mortar. Bubuk mesiu dan sekering diletakkan di bawah cangkang. Ketika sekering dinyalakan dengan api atau percikan, bubuk mesiu meledak, menciptakan banyak panas dan gas yang menyebabkan penumpukan tekanan di bawah cangkang. Kemudian, ketika tekanannya cukup besar, cangkang menembak ke langit.

kembang api

Setelah beberapa detik, sekering lain di dalam cangkang, yang biasa disebut sekering waktu tunda, terbakar, dan kemudian menyebabkan muatan meledak. Ketika terbakar, bubuk hitam dan bintang-bintang, yang dengan cepat menghasilkan banyak gas dan panas, menyebabkan cangkang terbuka, mendorong bintang-bintang ke segala arah sesuai dengan hukum konservasi momentum yang menyatakan bahwa jumlah momentum masing-masing bagian dari ledakan sama dengan momentum awal kembang api dan gerak parabola akibat oleh adanya gaya gravitasi, menarik pusat massa kembang api sehingga membentuk jalur parabola. *kita mengabaikan hambatan udara

kembang api
konservasi momentum pada kembang api

Selama ledakan, tidak hanya gas yang dihasilkan dengan cepat, tetapi juga panas, dan keduanya meningkat dengan cepat, menurut Hukum Charles, yang menyatakan bahwa ketika suhu gas yang tertutup meningkat, volume akan meningkat, jika tekanannya konstan.

Suara keras “Boom” yang mengiringi kembang api sebenarnya adalah ledakan sonik yang dihasilkan oleh ekspansi gas pada kecepatan yang lebih cepat daripada kecepatan suara! Jika bintang-bintang tersusun secara acak di cangkang udara, mereka akan menyebar secara merata di langit setelah cangkang meledak. Tetapi jika bintang-bintang dikemas dengan hati-hati dalam pola yang telah ditentukan, maka kembang api memiliki bentuk dan pola tertentu karena bintang-bintang dikirim ke arah tertentu selama ledakan. Waktu dari kedua sekering itu penting. Sekering yang dinyalakan pertama, mendorong cangkang ke udara, dan kemudian sekering waktu tunda menyala untuk menyebabkan cangkang udara meledak ketika di langit. Jika waktu sekring tidak tepat, cangkang dapat meledak terlalu dekat dengan tanah, dan melukai orang di sekitarnya.

Dari mana warna kembang api itu berasal? Yang membuat kembang api begitu istimewa adalah warna-warna indah yang mereka hasilkan. Warna-warna ini dibentuk dalam satu dari dua cara: luminescence atau berpendar dan incandescence.atau berpijar. Cahaya pijar diproduksi ketika suatu zat dipanaskan sedemikian rupa sehingga mulai bersinar. Panas menyebabkan substansi menjadi panas dan bercahaya, awalnya memancarkan inframerah, kemudian merah, oranye, kuning, dan cahaya putih karena menjadi semakin panas. Ketika suhu kembang api dikontrol, cahaya dari zat logamnya dapat dimanipulasi menjadi warna yang diinginkan pada waktu yang tepat.

Cahaya ini dihasilkan oleh elektron di dalam atom logam. Elektron-elektron ini menyerap energi dari panas, yang menyebabkan mereka berpindah dari keadaan energi dasar ke keadaan tereksitasi. Kemudian, elektron-elektron ini kembali ke keadaan energi dasar dengan memancarkan cahaya dengan energi dan warna karakteristik tertentu. Warna cahaya yang dipancarkan oleh elektron bervariasi tergantung pada jenis logam atau kombinasi logam. Jadi, warnanya khusus untuk logam yang ada dalam kembang api. Pewarna yang mengandung logam untuk beberapa kembang api yang umum tercantum dalam tabel berikut.

Tabel 1. Senyawa pewarna yang digunakan dalam kembang api dan warna yang dihasilkan.

Sumber Pustaka

semoga artikel ini bermanfaat dan menambah wawasan kita semua. sampai jumpa di artikel-artikel berikutnya

loading...

Mahasiswa Fisika UNM Makassar.

Leave a Reply

%d bloggers like this: