Archiv zadání: 28. ročník Turnaje mladých fyziků (2014/15)
Zadání úloh 28. ročníku
Zadání úloh bylo převzato ze webových stránek Mezinárodního Turnaje Mladých Fyziků (http://www.iypt.net/Tournaments/Nakhon_Ratchasima).
1. Packing
The fraction of space occupied by granular particles depends on their shape. Pour nonspherical particles such as rice, matches, or M&M’s candies into a box. How do characteristics like coordination number, orientational order, or the random close packing fraction depend on the relevant parameters?
2. Plume of smoke
If a burning candle is covered by a transparent glass, the flame extinguishes and a steady upward stream of smoke is produced. Investigate the plume of smoke at various magnifications.
3. Artificial muscle
Attach a polymer fishing line to an electric drill and apply tension to the line. As it twists, the fibre will form tight coils in a spring-like arrangement. Apply heat to the coils to permanently fix that spring-like shape. When you apply heat again, the coil will contract. Investigate this ‘artificial muscle’.
4. Liquid film motor
Form a soap film on a flat frame. Put the film in an electric field parallel to the film surface and pass an electric current through the film. The film rotates in its plane. Investigate and explain the phenomenon.
5. Two balloons
Two rubber balloons are partially inflated with air and connected together by a hose with a valve. It is found that depending on initial balloon volumes, the air can flow in different directions. Investigate this phenomenon.
6. Magnus glider
Glue the bottoms of two light cups together to make a glider. Wind an elastic band around the centre and hold the free end that remains. While holding the glider, stretch the free end of the elastic band and then release the glider. Investigate its motion.
7. Shaded pole
Place a non-ferromagnetic metal disk over an electromagnet powered by an AC supply. The disk will be repelled, but not rotated. However, if a non-ferromagnetic metal sheet is partially inserted between the electromagnet and the disk, the disk will rotate. Investigate the phenomenon.
8. Sugar and salt
When a container with a layer of sugar water placed above a layer of salt water is illuminated, a distinctive fingering pattern may be seen in the projected shadow. Investigate the phenomenon and its dependence on the relevant parameters.
9. Hovercraft
A simple model hovercraft can be built using a CD and a balloon filled with air attached via a tube. Exiting air can lift the device making it float over a surface with low friction. Investigate how the relevant parameters influence the time of the ‘low-friction’ state.
10. Singing blades of grass
It is possible to produce a sound by blowing across a blade of grass, a paper strip or similar. Investigate this effect.
11. Cat’s whisker
The first semiconductor diodes, widely used in crystal radios, consisted of a thin wire that lightly touched a crystal of a semiconducting material (e.g. galena). Build your own ‘cat’s-whisker’ diode and investigate its electrical properties.
12. Thick lens
A bottle filled with a liquid can work as a lens. Arguably, such a bottle is dangerous if left on a table on a sunny day. Can one use such a ‘lens’ to scorch a surface?
13. Magnetic pendulum
Make a light pendulum with a small magnet at the free end. An adjacent electromagnet connected to an AC power source of a much higher frequency than the natural frequency of the pendulum can lead to undamped oscillations with various amplitudes. Study and explain the phenomenon.
14. Circle of light
When a laser beam is aimed at a wire, a circle of light can be observed on a screen perpendicular to the wire. Explain this phenomenon and investigate how it depends on the relevant parameters.
15. Moving brush
A brush may start moving when placed on a vibrating horizontal surface. Investigate the motion.
16. Wet and dark
Clothes can look darker or change colour when they get wet. Investigate the phenomenon.
17. Coffee cup
Physicists like drinking coffee, however walking between laboratories with a cup of coffee can be problematic. Investigate how the shape of the cup, speed of walking and other parameters affect the likelihood of coffee being spilt while walking.
Překlad zadání do češtiny
1. Zaplnění
Poměrný objem, který zaplní granulární částice, závisí na jejich tvaru. Nasypte nekulové částice – např. rýži, zápalky, bonbóny M&M – do krabice. Jak závisí charakteristiky tohoto zaplnění, jako koordinační číslo, orientační uspořádání nebo náhodné relativní zaplnění, na podstatných parametrech?
2. Sloupec kouře
Je-li hořící svíčka zakryta průhlednou sklenicí, plamen zhasne a vytvoří se proud kouře stoupající vzhůru. Prozkoumejte sloupec kouře při různých zvětšeních.
3. Umělý sval
Připevněte polymerový rybářský vlasec do elektrické vrtačky a napněte jej. Jak se bude otáčet, vlákno vytvoří těsné závity s uspořádáním podobným pružině. Vzniklou cívku zahřejte, abyste zafixovali její tvar. Když cívku znovu zahřejete, zkrátí se. Prozkoumejte tento „umělý sval“.
4. Motor využívající kapalnou blánu
Vytvořte mýdlovou blánu na plochém rámečku. Blánu vložte do elektrického pole tak, aby pole bylo rovnoběžné s blánou, a nechte blánou procházet elektrický proud. Blána se bude ve své rovině otáčet. Prozkoumejte a vysvětlete tento jev.
5. Dva balónky
Dva gumové balónky jsou částečně nafouknuty vzduchem a spojeny hadičkou s ventilem. Ukazuje se, že v závislosti na počátečních objemech balónků může vzduch proudit různými směry. Prozkoumejte jev.
6. Magnusův kluzák
Slepte dna dvou lehkých kelímků tak, aby vytvořily kluzák. Naviňte pružnou pásku kolem středu a držte její volný konec. Přidržte kluzák, napněte volný konec pružné pásky a pak kluzák uvolněte. Prozkoumejte jeho pohyb.
7. Zastíněný pól
Umístěte neferomagnetický kovový disk nad elektromagnet napájený střídavým proudem. Disk bude odpuzován, ale nebude se otáčet. Ovšem je-li mezi elektromagnet a disk částečně vložen neferomagnetický plech, disk se otáčet bude. Prozkoumejte tento jev.
8. Cukr a sůl
Nádoba obsahuje vrstvu slané vody a nad ní vrstvu oslazené vody. Při osvícení se ve stínu objeví typické prstovité vzory. Prozkoumejte tento jev a jeho závislost na podstatných parametrech.
9. Vznášedlo
Jednoduchý model vznášedla si můžeme postavit, když k CD připojíme trubičkou balónek naplněný vzduchem. Vycházející vzduch může zvednout model tak, že se bude vznášet s nízkým třením nad povrchem. Prozkoumejte, jak podstatné parametry ovlivňují dobu stavu „s nízkým třením“.
10. Zpívající list trávy
Foukáním přes list trávy, proužek papíru nebo něco podobného lze vyvolat zvuk. Prozkoumejte tento jev.
11. Kočičí vous
První polovodičové diody, často využívané v radiích zvaných krystalky, byly tvořeny tenkým drátkem lehce se dotýkajícím polovodičového materiálu (např. galenitu). Postavte si vlastní diodu "s kočičím vousem" a prozkoumejte její elektrické vlastnosti.
12. Tlustá čočka
Láhev naplněná kapalinou může fungovat jako čočka. Taková láhev prý může být nebezpečná, když se za slunného dne ponechá na stole. Můžeme takovou "čočku" použít k popálení nějakého povrchu?
13. Magnetické kyvadlo
Sestrojte lehké kyvadlo s malým magnetem na volném konci. Blízko umístěný elektromagnet připojený ke zdroji střídavého proudu s frekvencí mnohem vyšší, než je vlastní frekvence kyvadla, může vyvolat netlumené oscilace různých amplitud. Prostudujte a objasněte tento jev.
14. Světelná kružnice
Když je laserový svazek namířen na drát, pak může být na stínítku kolmém k drátu pozorována světelná kružnice. Vysvětlete jev a prozkoumejte, jak závisí na podstatných parametrech.
15. Pohybující se kartáč
Umístíme-li kartáč na vibrující vodorovnou plochu, může se začít pohybovat. Prozkoumejte tento pohyb.
16. Vlhký a tmavý
Oblečení může vypadat tmavší nebo změnit barvu, je-li namočeno. Prozkoumejte tento jev.
17. Šálek kávy
Fyzikové rádi pijí kávu, ale chodit mezi laboratořemi s šálkem kávy může být problematické. Prozkoumejte, jak tvar šálku, rychlost chůze a další parametry ovlivní pravděpodobnost rozlití kávy při chůzi.
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
Archiv IYPT
Archiv zadání Mezinárodního turnaje mladých fyziků se nachází na adrese http://archive.iypt.org/problems/.
