Turnaj mladých fyziků – Zadání úloh

Construct a passive device that will provide safe landing for an uncooked hen’s egg when dropped onto a hard surface from a fixed height of 2.5 m. The evice must fall together with the egg. What is the smallest size of the device you can achieve?

A simple airhorn can be constructed by stretching a balloon over the opening of a small container or cup with a tube through the other end (see Figure). Blowing through a small hole in the side of the container can produce a sound. Investigate how relevant parameters affect the sound.

A telescope can be built using a single lens, provided that a small aperture is used instead of an eyepiece. How do the parameters of the lens and the hole influence the image (e.g. magnification, sharpness and brightness)?

A small amount of a ferrofluid placed in an inhomogeneous magnetic field forms hill-like structures. Investigate how the properties of these structures depend on relevant parameters.

In the Leidenfrost effect, a water drop placed on a hot surface can survive for minutes. Under certain circumstances, such a drop develops oscillating star shapes. Induce different oscillatory modes and investigate them.

A chain consisting of wooden blocks inclined relative to the vertical and connected by two threads (see Figure) is suspended vertically and then released. Compared to free fall, the chain falls faster when it is dropped onto a horizontal surface. Explain this phenomenon and investigate how the relevant parameters affect the motion.

Spiral waves and other types of wave patterns may occur on a thin liquid film flowing over a rotating disk. Investigate these wave patterns.

Schlieren Photography is often used to visualise density variations in a gas. Build a Schlieren setup and investigate how well it can resolve density differences.

A sealed transparent tube is filled with a liquid and contains a small ball. The tube is inclined and its lower end is attached to a motor such that the tube traces a conical surface. Investigate the motion of the ball as a function of relevant parameters.

Put a thin layer of water between two sheets of glass and try to separate them. Investigate the parameters affecting the required force.

A simple hygrometer can be built using human hair. Investigate its accuracy and response time as a function of relevant parameters.

Fasten the axis of a wheel to a vertical thread that has a certain torsional resistance (see Figure). Twist the thread, spin the wheel, and release it. Investigate the dynamics of this system.

A wine glass partially filled with liquid will resonate when exposed to the sound from a loudspeaker. Investigate how the phenomenon depends on various parameters.

A gee-haw whammy diddle is a mechanical toy consisting of a simple wooden stick and a second stick that is made up of a series of notches with a propeller at its end. When the wooden stick is pulled over the notches, the propeller starts to rotate. Explain this phenomenon and investigate the relevant parameters.

Suggest non-invasive methods to detect the degree to which a hen’s egg is cooked by boiling. Investigate the sensitivity of your methods.

A number of mechanical metronomes standing next to each other and set at random initial phases under certain conditions reach synchronous behaviour in a matter of minutes. Investigate the phenomenon.

A ‘vacuum bazooka’ can be built with a simple plastic pipe, a light projectile, and a vacuum cleaner. Build such a device and maximise the muzzle velocity.

Překlad zadání do češtiny

Sestrojte pasivní zařízení, které umožní bezpečný dopad syrového slepičího vejce, je-li puštěno na tvrdý povrch z dané výšky 2,5 m. Zařízení musí padat spolu s vejcem. Jaké nejmenší velikosti zařízení jste schopni dosáhnout?

Jednoduchý klakson se dá sestrojit, natáhneme-li balónek na otvor malé nádoby nebo šálku a umístíme-li na druhé straně trubičku (viz obrázek). Foukneme-li do malého otvoru na straně nádoby, můžeme vytvořit zvuk. Prozkoumejte, jak relevantní parametry ovlivní zvuk.

Dalekohled můžeme sestrojit s pomocí jediné čočky, pokud nahradíme okulár malou aperturou. Jak parametry čočky a otvoru ovlivní obraz (např. zvětšení, ostrost a jas)?

Malé množství ferokapaliny umístěné v nehomogenním magnetickém poli vytváří kopečkovité struktury. Prozkoumejte, jak vlastnosti těchto struktur závisejí na relevantních parametrech.

Při Leidenfrostově jevu může vodní kapka umístěná na horký povrch přežít i několik minut. Za určitých okolností může tato kapka vytvářet oscilující hvězdicovité tvary. Vyvolejte různé oscilační mody a prozkoumejte je.

Závěs tvořený dřevěnými tyčkami umístěnými šikmo vůči svislému směru a spojenými dvěma šňůrami (viz obrázek) je pověšen svisle a pak uvolněn. Pokud závěs padá na vodorovný povrch, pohybuje se rychleji, než odpovídá volnému pádu. Vysvětlete tento jev a prozkoumejte, jak relevantní parametry ovlivňují pohyb.

Teče-li po rotujícím disku tenká kapalná vrstva, mohou se na ní objevit spirální vlny a další typy vlnových obrazců. Prozkoumejte tyto vlnové obrazce.

Změny hustoty plynu se často zviditelňují pomocí šlírové fotografie. Postavte systém pro šlírovou fotografii a prozkoumejte, jak dobře rozlišuje rozdíly v hustotě.

Utěsněná průhledná trubice naplněná kapalinou obsahuje malou kuličku. Trubice je nakloněná a její dolní konec je připevněn k motoru tak, aby trubice opisovala kuželovou plochu. Prozkoumejte pohyb kuličky v závislosti na relevantních parametrech.

Vytvořte tenkou vrstvičku vody mezi dvěma skleněnými destičkami a pokuste se je oddělit. Prozkoumejte parametry ovlivňující potřebnou sílu.

Jednoduchý vlhkoměr lze sestrojit s použitím lidských vlasů. Prozkoumejte jeho přesnost a dobu odezvy jako funkci relevantních parametrů.

Připevněte osu kolečka k svislému vláknu, které má určitý torzní odpor (viz obrázek). Zkruťte vlákno, roztočte kolečko a uvolněte jej. Prozkoumejte dynamiku tohoto systému.

Vinná sklenka částečně naplněná kapalinou bude pod vlivem zvuku z reproduktoru rezonovat. Prozkoumejte, jak jev závisí na různých parametrech.

“Gee-Haw Whammy Diddle” je mechanická hračka tvořená jednou obyčejnou dřevěnou tyčkou a druhou tyčkou s řadou zářezů a vrtulkou na konci. Když je první tyčka tažena po zářezech, vrtulka se začne otáčet. Vysvětlete tento jev a prozkoumejte relevantní parametry.

Navrhněte neinvazivní metody, jak zjistit, nakolik je již slepičí vejce uvařené. Prozkoumejte citlivost svých metod.

Skupina mechanických metronomů stojících vedle sebe a tikajících s náhodně nastavenými počátečními fázemi dosáhne za určitých podmínek po několika minutách synchronizovaného chování. Prozkoumejte tento jev.

“Vakuová bazuka” může být postavena z jednoduché plastové trubky, lehké střely a vysavače. Postavte takové zařízení a maximalizujte úsťovou rychlost.

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.

Archiv zadání: 30. ročník Turnaje mladých fyziků (2016/17)

Zadání úloh 30. ročníku

Překlad zadání do češtiny

Verze pro tisk

Archiv IYPT