Archiv zadání: 34. ročník Turnaje mladých fyziků (2020/21)
Oficiální zadání
Toto zadání je převzaté z mezinárodního Turnaje mladých fyziků, https://www.iypt.org/problems/problems-for-the-34th-iypt-2021/.
Níže je uveden překlad do češtiny. V případě nejasností je rozdhodující uvedené anglické zadání.
Za shlédnutí stojí ilustrační videa z https://www.youtube.com/channel/UCxU-Wkap8RMM9FeUZkqQYVg
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.
1. Invent yourself
Design a boat that moves only due to the periodical mechanical movements of its internal parts and which only interacts with the environment (air, water) through its stiff hull. Optimise the parameters of your boat for maximum speed.
2. Circling Magnets
Button magnets with different diameters are attached to each end of a cylindrical battery. When placed on an aluminium foil the object starts to circle. Investigate how the motion depends on relevant parameters.
3. Proximity Sensor
A simple passive inductive sensor can detect ferromagnetic objects moving through its magnetic field. Construct such a passive sensor and investigate its characteristics such as sensing range.
4. Wind Speed
Let an electric current flow through a coil. When cold air flows over the coil, the coil’s temperature will decrease. Investigate how the temperature drop depends on the wind speed. What is the accuracy of this method of measuring the wind speed?
5. Synchronised Candles
Oscillatory flames can be observed when several candles burn next to each other. Two such oscillators can couple with each other, resulting in in-phase or anti-phase synchronisation (depending on the distance between the sets of candles). Explain and investigate this phenomenon.
6. Irreversible Cartesian Diver
A simple Cartesian diver (e.g. an inverted test tube partially filled with water) is placed in a long vertical tube filled with water. Increasing the pressure in the tube forces the Cartesian diver to sink. When it reaches a certain depth, it never returns to the surface even if the pressure is changed back to its initial value. Investigate this phenomenon and how it depends on relevant parameters.
7. Bead Dynamics
A circular hoop rotates about a vertical diameter. A small bead is allowed to roll in a groove on the inside of the hoop. Investigate the relevant parameters affecting the dynamics of the bead.
8. Fuses
A short length of wire can act as an electrical fuse. Determine how various parameters affect the time taken for the fuse to ‘blow’.
9. Light Whiskers
When a laser beam enters a soap film at a small angle, a rapidly changing pattern of thin, branching light tracks may appear inside the film. Explain and investigate this phenomenon.
10. Spin Drift
When a ring is set to roll in a parabolic bowl, interesting motion patterns may arise. Investigate this phenomenon.
11. Guitar String
A periodic force is applied to a steel guitar string using an electromagnet. Investigate the motion of the guitar string around its resonance frequency.
12. Wilberforce Pendulum
A Wilberforce pendulum consists of a mass hanging from a vertically oriented helical spring. The mass can both move up and down on the spring and rotate about its vertical axis. Investigate the behaviour of such a pendulum and how it depends on relevant parameters.
13. Sponge
A sponge will soak up water at a rate and in a quantity determined by various parameters. Investigate how effective a sponge is at drying a wet surface.
14. Dynamic Hydrophobicity
When a drop of liquid impacts on a horizontally moving surface, the droplet may be reflected or not, depending on the speed of the surface. Investigate the interaction between a moving surface and a liquid drop.
15. Rebounding Capsule
A spherical ball dropped onto a hard surface will never rebound to the release height, even if it has an initial spin. A capsule-shaped object (i.e. Tic Tac mint) on the other hand may exceed the initial height. Investigate this phenomenon.
16. Ultrasonic Pump
A capillary immersed in an ultrasonic bath works like a pump that can lift water to a considerable height. Explain and investigate this phenomenon.
17. Hand Helicopter
A simple hand helicopter can be made by attaching rotor blades to one end of a vertical stick. The helicopter moves upwards when the stick is twisted at a high enough speed and then let go. Investigate how the relevant parameters affect the lift-off and the maximum height.
Překlad zadání do češtiny
1. Vynalezněte sami
Navrhněte člun, který se pohybuje jen díky periodickým mechanickým pohybům svých vnitřních částí a který interaguje s prostředím (vzduch, voda) pouze svým tuhým trupem. Optimalizujte parametry svého člunu pro dosažení maximální rychlosti.
2. Kroužící magnety
Knoflíkové magnety různých průměrů jsou připojeny ke každému z konců válcové baterie. Když je tento předmět umístěn na hliníkovou fólii, začne kroužit. Prozkoumejte, jak tento pohyb závisí na relevantních parametrech.
3. Senzor přiblížení
Jednoduchý pasivní induktivní senzor může detekovat feromagnetické objekty pohybující se jeho magnetickým polem. Sestrojte takový pasivní senzor a prozkoumejte jeho charakteristiky, jako je jeho dosah.
4. Rychlost větru
Nechte elektrický proud protékat cívkou. Když fouká na cívku chladný vzduch, její teplota se sníží. Prozkoumejte, jak pokles teploty závisí na rychlosti větru. Jaká je přesnost této metody měření rychlosti větru?
5. Synchronizované svíčky
Když několik svíček hoří vedle sebe, můžeme pozorovat oscilující plameny. Dva takové oscilátory mohou být vzájemně svázány tak, že budou synchronizovány ve fázi resp. v protifázi (v závislosti na vzdálenosti mezi soubory svíček). Vysvětlete a prozkoumejte tento jev.
6. Nevratný karteziánek
Jednoduchý karteziánek (např. obrácená zkumavka částečně naplněná vodou) je umístěn v dlouhé svislé trubici s vodou. Zvýšení tlaku v trubici způsobí potopení karteziánku. Když dosáhne určitou hloubku, tak už se nevrátí na povrch, ani když se tlak vrátí na počáteční hodnotu. Prozkoumejte tento jev, a jak závisí na relevantních parametrech.
7. Dynamika korálku
Kruhová obruč se otáčí kolem svislého průměru. Malý korálek se může valit ve žlábku na vnitřní straně obruče. Prozkoumejte relevantní parametry ovlivňující dynamiku korálku.
8. Pojistky
Krátký kousek drátku může fungovat jako elektrická pojistka. Určete, jak různé parametry ovlivní dobu, za niž se pojistka přepálí.
9. Světelné vousy
Když laserový svazek vstoupí do mýdlové blány pod malým úhlem, může se v ní objevit rychle se měnící obrazec z tenkých větvících se světelných stop. Vysvětlete a prozkoumejte tento jev.
10. Unášení rotace
Když se prsten nechá valit parabolickou miskou, může dojít k zajímavým typům pohybu. Vysvětlete tento jev.
11. Kytarová struna
Elektromagnetem vyvolaná periodická síla působí na ocelovou kytarovou strunu. Prozkoumejte pohyb kytarové struny v případě buzení s frekvencí blízkou rezonanční.
12. Wilberforceovo kyvadlo
Wilberforceovo kyvadlo tvoří tělísko zavěšené na svisle orientované šroubovicové pružině. Tělísko se může pohybovat jak nahoru a dolů na pružině, tak rotovat kolem její svislé osy. Prozkoumejte chování tohoto kyvadla a zjistěte, jak závisí na relevantních parametrech.
13. Mycí houba
Mycí houba nasakuje vodu s rychlostí a v množství určenými různými parametry. Prozkoumejte, jak účinná je mycí houba na vysoušení vlhkého povrchu.
14. Dynamická hydrofobicita
Když kapka kapaliny dopadne na vodorovně se pohybující povrch, může se, ale nemusí, odrazit v závislosti na rychlosti pohybu povrchu. Prozkoumejte interakci mezi pohybujícím se povrchem a kapkou kapaliny.
15. Odskakující kapsle
Kulový míček upuštěný na tvrdý povrch nikdy neodskočí do původní výšky, a to ani v případě, kdy se na počátku točí. Předmět tvaru kapsle (např. bonbón Tic tac) naopak může přesáhnout počáteční výšku. Prozkoumejte tento jev.
16. Ultrazvuková pumpa
Kapilára ponořená do ultrazvukové lázně funguje jako pumpa, která může vodu vyzdvihnout do značné výšky. Vysvětlete a prozkoumejte tento jev.
17. Ruční vrtulníček
Jednoduchý ruční vrtulníček můžeme udělat, když připevníme vrtulku k jednomu konci svislé tyče. Vrtulníček se pohybuje vzhůru, když je tyč roztočena dostatečně velkou rychlostí a pak vypuštěna. Prozkoumejte, jak relevantní parametry ovlivňují vzlétnutí a maximální výšku.
Verze pro tisk
Archiv IYPT
Archiv zadání Mezinárodního turnaje mladých fyziků se nachází na adrese http://archive.iypt.org/problems/.
