Zadání úloh pro 38. ročník Turnaje mladých fyziků (2024/25)
Oficiální zadání
Toto zadání je převzaté z mezinárodního Turnaje mladých fyziků, https://www.iypt.org/problems/problems-for-the-38th-iypt-2025/.
Níže je uveden překlad do češtiny. V případě nejasností je rozhodující uvedené anglické zadání.
U některých úloh jsou uvedeny odkazy na práce ilustrující jevy v zadání.
Upozorňujeme, že kompilace těchto materiálů také nemůže nahradit vlastní řešení.
Připomínáme, že je dobrým mravem uvádět odkazy na cizí práce, z nichž čerpáme.
Použití cizí práce bez odpovídající citace je penalizováno!
Hodnocení úloh Turnaje je zaměřeno zejména na dosažené vlastní výsledky.
1. Invent Yourself: Paper Boomerang
Make a returning boomerang from a sheet of paper by folding and/or cutting. Investigate how its motion depends on relevant parameters.
Place a balloon inside a cylindrical net (as is sometimes used to wrap garlic) and inflate it. The net will expand and shorten. Investigate the properties of such a “muscle”.
Advisor: Natalia Podoliak (FzÚ AVČR, podoliak@fzu.cz)
Attach a ball to each end of a string and connect the center of the string to a pivot. When the pivot oscillates along the vertical direction, the balls start to collide and oscillate with increasing amplitude. Investigate the phenomenon.
Advisor: Šimon Kos (FAV ZČU, simonkos@kfy.zcu.cz)
Attach a rod assembled from cylindrical neodymium magnets horizontally to a vertical ferromagnetic rod. Limit the motion of the magnets to the vertical direction. When the ferromagnetic rod is spun around its axis of symmetry, the magnetic rod begins to climb up. Explain this phenomenon and investigate how the rate of climbing depends on relevant parameters.
Advisor: Zdeněk Janů (FzÚ AVČR, janu@fzu.cz)
Twist a slinky several times and keep its bottom fixed. After releasing the top, the slinky starts to “dance” – wave-like phenomenon can be observed from the side-view. Explain the phenomenon and investigate the parameters affecting the slinky’s motion.
A leaky faucet develops interesting dripping patterns, where the time between drops depends on the water flowrate. Investigate this phenomenon and study how it depends on relevant parameters.
Advisor: Pavel Márton (FzÚ AVČR, marton@fzu.cz)
Two rulers are tightly held against each other. A round projectile (e.g. a plastic bottle cap or a ball) is inserted between them close to one of their ends. When extra force is exerted on the surface of the rulers, the projectile is ejected at a high speed. Investigate this effect and the parameters that affect ejection speed.
Advisor: Filip Křížek (ÚJF AVČR, filipkrizek@post.cz)
When a container partially filled with liquid is oscillated vertically and air is injected at the bottom of the container, the fluid can “levitate”. Investigate the phenomenon.
Attach one or two magnets to a non-magnetic and non-conductive base such that they attract a magnet suspended from a string. Investigate how the motion of the moving magnet depends on relevant parameters.
Advisor: Tomáš Ostatnický (MFF UK, tomas.ostatnicky@matfyz.cuni.cz)
10. Rayleigh–Bénard convection
Uniformly and gently heat the bottom of a container containing a suspension of powder in oil (e.g. mica powder in silicon oil), cell-like structures may form. Explain and investigate this phenomenon.
Advisor: Marek Furst (MFF UK, furstmarek@seznam.cz)
Connect two identical linear springs symmetrically to a mass in a “V” shape, and apply an adjustable force to the mass. When this force is varied, the resulting motion of the mass depends on the history of changes in the applied force under certain conditions. Investigate this phenomenon.
A small flame can be put out by sound. Investigate the parameters of the flame and characteristics of the sound that determine whether the flame will be extinguished.
Advisor: Petr Janeček (FzÚ AVČR, janecekp@fzu.cz)
13. Spaghetti Accelerator
When a piece of spaghetti is pushed into a bent tube, small debris of spaghetti may be ejected from the other end of the tube at a surprisingly high speed. Investigate this phenomenon.
Advisor: Kamila Moriová (MFF UK, kamila.moriova@matfyz.cuni.cz)
Pump air into a plastic water bottle partially filled with water. Under certain conditions, the bottle is launched and flies into the air. Investigate how the acceleration during lift-off depends on relevant parameters.
Advisor: Karel Kolář (Prometheus, k.kolar@email.cz)
When you strike the side of a metal bowl containing some water, you can hear a characteristic sound. The sound changes when the water in the bowl is moving. Explain and investigate the phenomenon.
Advisor: Jana Bielčíková (ÚJF AVČR, bielcikova@ujf.cas.cz)
A Wirtz Pump is a hollow spiral, mounted vertically. It is arranged such that one end dips below water once per revolution, while the other end (at the center of the spiral) is connected to a vertical tube. When rotated, it can be used to pump water to a great height. Explain this phenomenon and investigate how relevant parameters affect the pumping height.
Advisor: Dalibor Repček (FzÚ AVČR, repcek@fzu.cz)
Shine laser light onto an organic polymer (eg. styrofoam). The scattered light may have a higher or lower wavelength than the incident light. Explain the phenomenon and determine what can be concluded about the molecular structure of the material from the wavelength shift.
Advisor: Hynek Němec (FzÚ AVČR, nemec@fzu.cz)
Překlad zadání do češtiny
1. Vynalezněte sami: Papírový bumerang
Vyrobte vracející se bumerang z listu papíru překládáním nebo stříháním nebo obojím. Prozkoumejte, jak jeho pohyb závisí na relevantních parametrech.
Vložte do válcové síťky (jaká se někdy používá pro balení česneku) balónek a nafoukněte jej. Síťka se rozepne a zkrátí. Prozkoumejte vlastnosti takového „svalu“
Konzultantka: Natalia Podoliak (FzÚ AVČR, podoliak@fzu.cz)
Připevněte ke každému konci nitě kuličku a připojte střed nitě ke kolíku. Kmitá-li kolík ve svislém směru, začnou se kuličky srážet a kmitat s rostoucí amplitudou. Prozkoumejte tento jev.
Konzultant: Šimon Kos (FAV ZČU, simonkos@kfy.zcu.cz)
Ke svislé feromagnetické tyčce připněte vodorovnou tyčku sestavenou z válcových neodymových magnetů. Omezte pohyb magnetů na svislý směr. Když je feromagnetická tyčka roztočena kolem své osy symetrie, magnetická tyčka začne šplhat vzhůru. Vysvětlete tento jev a prozkoumejte, jak rychlost šplhání závisí na relevantních parametrech.
Konzultant: Zdeněk Janů (FzÚ AVČR, janu@fzu.cz)
5. Tančící spirála slinky
Několikrát zkruťte spirálu slinky a upevněte její spodek. Po uvolnění vršku začne spirála „tancovat“. Tento vlně podobný jev je pozorovatelný ze strany. Vysvětlete tento jev a prozkoumejte parametry ovlivňující pohyb spirály.
Netěsný kohoutek vytváří při kapání zajímavé sekvence, kde intervaly mezi kápnutími závisí na průtoku vody. Prozkoumejte tento jev a prostudujte, jak závisí na relevantních parametrech.
Konzultant: Pavel Márton (FzÚ AVČR, marton@fzu.cz)
Dvě pravítka jsou pevně držena proti sobě. Mezi ně je blízko jednoho z jejich konců vložen kulatý projektil (např. víčko plastové láhve nebo kulička). Když na povrch pravítek zapůsobí dodatečná síla, projektil vystřelí velkou rychlostí. Prozkoumejte tento jev a parametry ovlivňující rychlost výstřelu.
Konzultant: Filip Křížek (ÚJF AVČR, filipkrizek@post.cz)
Když svisle kmitáme nádobou částečně naplněnou kapalinou a vženeme vzduch na její dno, tekutina může „levitovat“. Prozkoumejte tento jev.
Připevněte jeden nebo dva magnety k nemagnetické a nevodivé podložce tak, aby přitahovaly magnet zavěšený na niti. Prozkoumejte, jak pohyb pohybujícího se magnetu závisí na relevantních parametrech.
Konzultant: Tomáš Ostatnický (MFF UK, tomas.ostatnicky@matfyz.cuni.cz)
10. Rayleighova-Bénardova konvekce
Zahřejete-li rovnoměrně a jemně dno nádoby obsahující suspenzi prášku v oleji (např. prášek slídy v silikonovém oleji), mohou se objevit buňkovité struktury. Vysvětlete a prozkoumejte tento jev.
Konzultant: Marek Furst (MFF UK, furstmarek@seznam.cz)
Připojte dvě totožné lineární pružiny symetricky do tvaru V k závaží, a působte na závaží nastavitelnou silou. Když se tato síla mění, závisí výsledný pohyb závaží za určitých okolností na předchozím průběhu změn přiložené síly. Prozkoumejte tento jev.
Plamínek můžeme uhasit zvukem. Prozkoumejte parametry plamínku a charakteristiky zvuku, které rozhodnou, zda lze plamínek uhasit.
Konzultant: Petr Janeček (FzÚ AVČR, janecekp@fzu.cz)
Natlačíme-li do ohnuté trubky špagetu, mohou její malé úlomky vylétnout z opačného konce trubky překvapivě velkou rychlostí. Prozkoumejte tento jev.
Konzultantka: Kamila Moriová (MFF UK, kamila.moriova@matfyz.cuni.cz)
14. Raketa z lahve na vodu
Napumpujte vzduch do plastové lahve na vodu částečně naplněné vodou. Za určitých podmínek lahev odstartuje a vzlétne do vzduchu. Prozkoumejte, jak zrychlení při startu závisí na relevantních parametrech.
Konzultant: Karel Kolář (Prometheus, k.kolar@email.cz)
Když udeříte ze strany na kovovou misku obsahující trochu vody, můžete slyšet charakteristický zvuk. Tento zvuk se mění, když se voda v misce pohybuje. Vysvětlete a prozkoumejte tento jev.
Konzultantka: Jana Bielčíková (ÚJF AVČR, bielcikova@ujf.cas.cz)
Wirtzova pumpa je dutá spirála upevněná na svislo. Je postavená tak, že jeden konec se ponořuje pod vodu jednou za otáčku, zatímco druhý konec (ve středu spirály) je připojený ke svislé trubičce. Točením spirály může být voda pumpována do velké výšky. Vysvětlete tento jev a prozkoumejte, jak relevantní parametry ovlivňují výšku, do které lze vodu vytlačit.
Konzultant: Dalibor Repček (FzÚ AVČR, repcek@fzu.cz)
Posviťte laserovým světlem na organický polymer (např. polystyrén). Rozptýlené světlo může mít delší nebo kratší vlnovou délku než dopadající světlo. Vysvětlete tento jev a určete, co lze z posunu vlnové délky vyvodit o molekulární struktuře materiálu.
Konzultant: Hynek Němec (FzÚ AVČR, nemec@fzu.cz)
Verze pro tisk
Archiv IYPT
Archiv zadání Mezinárodního turnaje mladých fyziků se nachází na adrese http://archive.iypt.org/problems/.
