Archiv zadání: 32. ročník Turnaje mladých fyziků (2018/19)
Oficiální zadání
Zadání úloh bylo převzato ze webových stránek Mezinárodního Turnaje Mladých Fyziků (http://iypt.org/images/9/9d/problems2019_signed.pdf).
1. Invent yourself
Build a simple motor whose propulsion is based on corona discharge. Investigate how the rotor's motion depends on relevant parameters and optimize your design for maximum speed at a fixed input voltage.
2. Aerosol
When water flows through a small aperture, an aerosol may be formed. Investigate the parameters that determine whether an aerosol is formed rather than a jet for example. What are the properties of the aerosol?
3. Undertone Sound
Allow a tuning fork or another simple oscillator to vibrate against a sheet of paper with a weak contact between them. The frequency of the resulting sound can have a lower frequency than the tuning fork’s fundamental frequency. Investigate this phenomenon.
4. Funnel and Ball
A light ball (e.g. ping-pong ball) can be picked up with a funnel by blowing air through it. Explain the phenomenon and investigate the relevant parameters.
5. Filling Up a Bottle
When a vertical water jet enters a bottle, sound may be produced, and, as the bottle is filled up, the properties of the sound may change. Investigate how relevant parameters of the system such as speed and dimensions of the jet, size and shape of the bottle or water temperature affect the sound.
6. Hurricane Balls
Two steel balls that are joined together can be spun at incredibly high frequency by first spinning them by hand and then blowing on them through a tube, e.g. a drinking straw. Explain and investigate this phenomenon.
7. Loud Voices
A simple cone-shaped or horn-shaped object can be used to optimise the transfer of the human voice to a remote listener. Investigate how the resulting acoustic output depends on relevant parameters such as the shape, size, and material of the cone.
8. Sci-Fi Sound
Tapping a helical spring can make a sound like a “laser shot” in a science-fiction movie. Investigate and explain this phenomenon.
9. Soy Sauce Optics
Using a laser beam passing through a thin layer (about 200 µm) of soy sauce the thermal lens effect can be observed. Investigate this phenomenon.
10. Suspended Water Wheel
Carefully place a light object, such as a Styrofoam disk, near the edge of a water jet aiming upwards. Under certain conditions, the object will start to spin while being suspended. Investigate this phenomenon and its stability to external perturbations.
11. Flat Self-Assembly
Put a number of identical hard regular-shaped particles in a flat layer on top of a vibrating plate. Depending on the number of particles per unit area, they may or may not form an ordered crystal-like structure. Investigate the phenomenon.
12. Gyroscope Teslameter
A spinning gyroscope made from a conducting, but nonferromagnetic material slows down when placed in a magnetic field. Investigate how the deceleration depends on relevant parameters.
13. Moiré Thread Counter
When a pattern of closely spaced non-intersecting lines (with transparent gaps in between) is overlaid on a piece of woven fabric, characteristic moiré fringes may be observed. Design an overlay that allows you to measure the thread count of the fabric. Determine the accuracy for simple fabrics (e.g. linen) and investigate if the method is reliable for more complex fabrics (e.g. denim or Oxford cloth).
14. Looping Pendulum
Connect two loads, one heavy and one light, with a string over a horizontal rod and lift up the heavy load by pulling down the light one. Release the light load and it will sweep around the rod, keeping the heavy load from falling to the ground. Investigate this phenomenon.
15. Newton’s Cradle
The oscillations of a Newton's cradle will gradually decay until the spheres come to rest. Investigate how the rate of decay of a Newton's cradle depends on relevant parameters such as the number, material, and alignment of the spheres.
16. Sinking Bubbles
When a container of liquid (e.g. water) oscillates vertically, it is possible that bubbles in the liquid move downwards instead of rising. Investigate this phenomenon.
17. Popsicle Chain Reaction
Wooden popsicle sticks can be joined together by slightly bending each of them so that they interlock in a so-called “cobra weave” chain. When such a chain has one of its ends released, the sticks rapidly dislodge, and a wave front travels along the chain. Investigate the phenomenon.
Překlad zadání do češtiny
1. Vynalezněte sami
Zkonstruujte jednoduchý motor, jehož pohon je založen na koronovém výboji. Prozkoumejte, jak závisí pohyb rotoru na relevantních parametrech, a optimalizujte svůj návrh na maximální rychlost při zvoleném vstupním napětí.
2. Aerosol
Když voda protéká malým otvorem, může docházet ke vzniku aerosolu. Prozkoumejte parametry, které určují, zda se vytvoří spíše aerosol než např. vodní proud. Jaké jsou vlastnosti aerosolu?
3. Snížený tón
Nechte ladičku nebo jiný jednoduchý oscilátor kmitat oproti archu papíru tak, aby se slabě dotýkaly. Frekvence vznikajícího zvuku může být nižší než základní frekvence ladičky. Prozkoumejte tento jev.
4. Trychtýř a míček
Lehký míček (např. ping-pongový) může být vynesen vzhůru foukáním vzduchu trychtýřem. Vysvětlete tento jev a prozkoumejte relevantní parametry.
5. Plnění lahve
Při plnění lahve svislým vodním proudem může vznikat zvuk. Jak se lahev naplňuje, vlastnosti zvuku se mohou měnit. Prozkoumejte, jak je zvuk ovlivněn relevantními parametry systému, jako jsou rychlost a rozměry vodního proudu, velikost a tvar lahve nebo teplota vody.
6. Koule ve víru (Hurricane balls)
Dvě ocelové koule spojené dohromady mohou být roztočeny na neuvěřitelně vysokou frekvenci, když se nejdříve roztočí rukou a pak se na ně fouká trubičkou, např. brčkem na pití. Vysvětlete a prozkoumejte tento jev.
7. Silné hlasy
Jednoduchý předmět tvaru kužele nebo trychtýře může být použit k optimalizování přenosu lidského hlasu ke vzdálenému posluchači. Prozkoumejte, jak výsledný akustický výstup závisí na relevantních parametrech, jako jsou tvar, velikost a materiál kužele.
8. Sci-fi zvuk
Klepání na šroubovicovou pružinu může vyvolat zvuk podobný laserovému střílení ve sci-fi filmu. Prozkoumejte a vysvětlete tento jev.
9. Optika sójové omáčky
Při průchodu laserového svazku tenkou vrstvou (cca 200 µm) sójové omáčky může být pozorován jev tepelné čočky. Prozkoumejte tento jev.
10. Zavěšené vodní kolo
Opatrně umístěte lehký předmět, např. polystyrenový disk, blízko kraje proudu vody tryskající vzhůru. Za určitých podmínek se zavěšený předmět začne otáčet. Prozkoumejte tento jev a jeho stabilitu vůči vnějším poruchám.
11. Plošné samouspořádávání
Umístěte několik stejných pevných pravidelných částic tak, aby tvořily plochou vrstvu na vibrující desce. V závislosti na počtu částic na jednotku plochy mohou, ale nemusí, vytvořit uspořádanou krystalu podobnou strukturu. Prozkoumejte tento jev.
12. Gyroskopický teslametr
Otáčení setrvačníku z vodivého, ale neferomagnetického materiálu se zpomaluje, pokud ho umístíme v magnetickém poli. Prozkoumejte, jak zpomalování setrvačníku závisí na relevantních parametrech.
13. Moarový čítač vláken
Je-li vzor tvořený blízko umístěnými neprotínajícími se čarami (s průhlednými mezerami mezi nimi) položen na kus tkaniny, můžeme pozorovat typické moarové obrazce. Navrhněte překrývající vrstvu, která umožní měřit počet vláken v tkanině. Určete přesnost pro jednoduchou látku (např. len) a prozkoumejte, zda je tato metoda spolehlivá pro složitější látky (např. džínovinu nebo oxfordskou látku).
14. Omotávající se kyvadlo
Spojte dvě břemena, jedno těžké a jedno lehké, vláknem přes vodorovnou tyč a vytáhněte těžké břemeno tažením lehkého dolů. Uvolněte lehké břemeno a ono se začne omotávat kolem tyče a zabrání tak pádu těžkého břemena na zem. Prozkoumejte tento jev.
15. Newtonova houpačka
Kmity Newtonovy houpačky se postupně tlumí, až do úplného zastavení koulí. Prozkoumejte, jak rychlost tlumení závisí na relevantních parametrech, jako je počet, materiál a uspořádání koulí.
16. Klesající bubliny
Když nádoba s kapalinou (např. vodou) vertikálně osciluje, může dojít k tomu, že se bubliny v kapalině pohybují směrem dolů, místo toho, aby stoupaly. Prozkoumejte tento jev.
17. Nanuková řetězová reakce
Dřívka od nanuku mohou být při mírném prohnutí každého z nich propletena do řetězce s tzv. hadí vazbou. Když uvolníme jeden konec řetězce, dřívka se rychle rozpletou a čelo vlny se šíří podél řetězce. Prozkoumejte tento jev.
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/.
