Archiv zadání: 27. ročník Turnaje mladých fyziků (2013/14)
Zadání úloh 27. ročníku
Zadání úloh bylo převzato ze webových stránek Mezinárodního Turnaje Mladých Fyziků (http://www.iypt.net/Tournaments/Shrewsbury).
1. Invent yourself
It is known that some electrical circuits exhibit chaotic behaviour. Build a simple circuit with such a property, and investigate its behaviour.
2. Hologram
It is argued that a hologram can be hand made by scratching a piece of plastic. Produce such a ‘hologram’ with the letters ‘IYPT’ and investigate how it works.
3. Twisted rope
Hold a rope and twist one end of it. At some point the rope will form a helix or a loop. Investigate and explain the phenomenon.
4. Ball sound
When two hard steel balls, or similar, are brought gently into contact with each other, an unusual ‘chirping’ sound may be produced. Investigate and explain the nature of the sound.
5. Loaded hoop
Fasten a small weight to the inside of a hoop and set the hoop in motion by giving it an initial push. Investigate the hoop’s motion.
6. Bubble crystal
A large number of very small, similar air bubbles float on the surface of a soapy liquid. The bubbles will arrange themselves into a regular pattern similar to a crystalline lattice. Propose a method to obtain bubbles of a consistent size, and investigate the formation of such a bubble crystal.
7. Pot-in-pot refrigerator
The ‘pot-in-pot refrigerator’ is a device that keeps food cool using the principle of evaporative cooling. It consists of a pot placed inside a bigger pot with the space between them filled with a wet porous material, e.g. sand. How might one achieve the best cooling effect?
8. Freezing droplets
Place a water droplet on a plate cooled down to around −20 °C. As it freezes, the shape of the droplet may become cone-like with a sharp top. Investigate this effect.
9. Water bombs
Some students are ineffective in water balloon fights as the balloons they throw rebound without bursting. Investigate the motion, deformation, and rebound of a balloon filled with fluid. Under what circumstances does the balloon burst?
10. Coefficient of diffusion
Using a microscope, observe the Brownian motion of a particle of the order of micrometre in size. Investigate how the coefficient of diffusion depends on the size and shape of the particle.
11. Candle Power Plant
Design a device that converts the heat of a candle flame into electrical energy. Investigate how different aspects of the device affect its efficiency.
12. Cold balloon
As air escapes from an inflated rubber balloon, its surface becomes cooler to the touch. Investigate the parameters that affect this cooling. What is the temperature of various parts of the balloon as a function of relevant parameters?
13. Rotating saddle
A ball is placed in the middle of a rotating saddle. Investigate its dynamics and explain the conditions under which the ball does not fall off the saddle.
14. Rubber motor
A twisted rubber band stores energy and can be used to power a model aircraft for example. Investigate the properties of such an energy source and how its power output changes with time.
15. Oil stars
If a thick layer of a viscous fluid (e.g. silicone oil) is vibrated vertically in a circular reservoir, symmetrical standing waves can be observed. How many lines of symmetry are there in such wave patterns? Investigate and explain the shape and behaviour of the patterns.
16. Magnetic brakes
When a strong magnet falls down a non-ferromagnetic metal tube, it will experience a retarding force. Investigate the phenomenon.
17. Chocolate hysteresis
Chocolate appears to be a solid material at room temperature but melts when heated to around body temperature. When cooled down again, it often stays melted even at room temperature. Investigate the temperature range over which chocolate can exist in both melted and ‘solid’ states and its dependence on relevant parameters.
Překlad zadání do češtiny
1. Vynalezněte sami
Je známo, že některé elektrické obvody vykazují chaotické chování. Sestrojte jednoduchý obvod s touto vlastností a zkoumejte jeho chování.
2. Hologram
Tvrdí se, že hologram může být vytvořen ručně poškrábáním kusu plastu. Vytvořte takový „hologram" s písmeny „IYPT" a prozkoumejte, jak funguje.
3. Zkroucený provaz
Držte provaz a jeden jeho konec kruťte. V určitém okamžiku provaz vytvoří šroubovici nebo smyčku. Zkoumejte a vysvětlete úkaz.
4. Zvuk koulí
Když jsou dvě tvrdé ocelové koule nebo něco podobného jemně přivedeny do vzájemného kontaktu, ozve se neobvyklý „cvrlikavý“ zvuk. Zkoumejte a vysvětlete původ a charakter tohoto zvuku.
5. Obruč se zátěží
Připevněte malou zátěž dovnitř obruče a uveďte obruč do pohybu počátečním postrčením. Zkoumejte pohyb obruče.
6. Bublinkový krystal
Velké množství velmi malých podobných vzduchových bublinek plave na povrchu mýdlové kapaliny. Bublinky se uspořádají do pravidelného vzoru podobného krystalové mřížce. Navrhněte metodu pro získání bublinek stejné velikosti a zkoumejte vytváření takového bublinkového krystalu.
7. Hrnec v hrnci jako lednička
Lednička tvořená hrncem v hrnci je zařízení, které udržuje jídlo studené využitím principu chlazení vypařováním. Sestává z hrnce umístěného uvnitř většího hrnce, přičemž prostor mezi nimi je vyplněn vlhkým pórovitým materiálem, např. pískem. Jak můžeme dosáhnout nejlepšího chladicího efektu?
8. Mražení kapek
Umístěte vodní kapku na desku ochlazenou na cca −20 °C. Při ochlazování se tvar kapky může stát kuželovitým s ostrým vrcholem. Prozkoumejte tento jev.
9. Vodní bomby
Někteří studenti jsou neúspěšní při soubojích s vodními balonky, protože jimi házené balonky se odrážejí, aniž prasknou. Zkoumejte pohyb, deformaci a odraz balonku naplněného kapalinou. Za jakých podmínek balonek praskne?
10. Koeficient difuze
Pozorujte mikroskopem Brownův pohyb částice o velikosti řádově mikrometr. Prozkoumejte, jak koeficient difuze závisí na velikosti a tvaru částice.
11. Svíčka jako elektrárna
Navrhněte zařízení, které mění teplo plamene svíčky na elektrickou energii. Zkoumejte, jak různé aspekty zařízení ovlivní jeho účinnost.
12. Chladný balón
Když vzduch uniká z nafouknutého gumového balónu, stává se jeho povrch na dotyk chladnější. Prozkoumejte parametry, které ovlivňují ochlazování. Jaká je teplota různých částí balónu jako funkce příslušných parametrů?
13. Rotující sedlo
Míč je umístěn doprostřed rotujícího sedla. Zkoumejte jeho dynamiku a vysvětlete, za jakých podmínek míč ze sedla nespadne.
14. Gumičkový pohon
Energie uložená ve zkroucené gumové pásce může být užita např. k pohonu modelu letadla. Zkoumejte vlastnosti tohoto zdroje energie a zjistěte, jak se jeho výkon mění s časem.
15. Olejové hvězdy
Jestliže tlustá vrstva viskózní kapaliny (např. silikonového oleje) vertikálně vibruje v kruhové nádobě, mohou být pozorovány symetrické stojaté vlny. Kolik os symetrie mají tyto vlnové obrazce? Prozkoumejte a vysvětlete tvar a chování obrazců.
16. Magnetické brzdy
Když padá silný magnet neferomagnetickou kovovou trubicí, působí na něj brzdící síla. Prozkoumejte tento jev.
17. Čokoládová hystereze
Čokoláda při pokojové teplotě vypadá jako tuhý materiál, ale taje, když je ohřáta na přibližně tělesnou teplotu. Když je znovu ochlazena, často zůstává roztavená i při pokojové teplotě. Prozkoumejte teplotní rozsah, v němž čokoláda může být jak v roztaveném tak v „pevném“ stavu, a jeho závislost na příslušných parametrech.
Doporučujeme nahlédnout do materiálů Ilyji Martchenko a kol. na adrese http://kit.ilyam.org/, kde jsou k dispozici podrobnější informace k jednotlivým úlohám i návody k jejich řešení (v angličtině).
Upozorňujeme, že se nejedná o oficiální materiály IYPT, a 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.
Verze pro tisk
