Archiv zadání: 35. ročník Turnaje mladých fyziků (2021/22)
Oficiální zadání
Toto zadání je převzaté z mezinárodního Turnaje mladých fyziků, https://www.iypt.org/problems/problems-for-the-35th-iypt-2022/.
Níže je uveden překlad do češtiny. V případě nejasností je rozhodující uvedené anglické zadání.
Užitečné zdroje:
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
Create a non-invasive device that determines the direction of fluid flow inside an opaque pipe. Optimise your device so that you can measure the smallest flow possible.
Advisor: Tomáš Ostatnický (MFF UK, tomas.ostatnicky@mff.cuni.cz)
2. Rayleigh Disk
A disk suspended vertically by a thin thread is placed in an acoustic field. This device can be used to measure the intensity of sound by turning about the axis of the thread. Investigate the accuracy of such a device.
Advisor: Tomáš Opatrný (UPOL, opatrny@optics.optol.cz)
3. Ring on the Rod
A washer on a vertical steel rod may start spinning instead of simply sliding down. Study the motion of the washer and investigate what determines the terminal velocity.
Advisor: Jana Bielčiková (UJF AVČR, jana.bielcikova@ujf.cas.cz)
4. Unsinkable Disk
A metal disk with a hole at its centre sinks in a container filled with water. When a vertical water jet hits the centre of the disc, it may float on the water surface. Explain this phenomenon and investigate the relevant parameters.
Advisor: Petr Chaloupka (FJFI ČVUT, petr.chaloupka@fjfi.cvut.cz)
5. Bimetallic Oscillator
A simple electric oscillator can be made using a bimetallic contact-breaker. Investigate the relevant parameters that affect the frequency of such an oscillator.
Advisor: Stanislav Panoš (Gym. F.X.Šaldy, stanislav.panos@seznam.cz)
6. Tennis Ball Tower
Build a tower by stacking tennis balls using three balls per layer and a single ball on top. Investigate the structural limits and the stability of such a tower. How does the situation change when more than three balls per each layer and a suitable number of balls on the top layer are used?
7. Three-Sided Dice
To land a coin on its side is often associated with the idea of a rare occurrence. What should be the physical and geometrical characteristics of a cylindrical dice so that it has the same probability to land on its side and one of its faces?
Advisor: Dalibor Repček (FZÚ AV ČR, repcek@fzu.cz)
8. Equipotential Lines
Place two electrodes into water, supply a safe voltage and use a voltmeter to determine electric potential at various locations. Investigate how the measured equipotential lines deviate from your expectations for different conditions and liquids.
Advisor: Karel Výborný (FZÚ AV ČR, vybornyk@fzu.cz)
9. Water Spiral
If a stream of liquid is launched through a small hole, then under certain conditions it twists into a spiral. Explain this phenomenon and investigate the conditions under which the spiral will twist.
10. Droplet Explosion
When a drop of a water mixture (e.g. water-alcohol) is deposited on the surface of a hydrophobic liquid (e.g. vegetable oil), the resulting drop may sometimes fragment into smaller droplets. Investigate the parameters that affect the fragmentation and the size of the final droplets.
Advisor: Karel Kolář (Prometheus, k.kolar@email.cz)
11. Balls on an Elastic Band
Connect two metal balls with an elastic band, then twist the elastic band and put the balls on a table. The balls will begin to spin in one direction, then in the other. Explain this phenomenon and investigate how the behaviour of such a “pendulum” depends on the relevant parameters.
12. Strange Motion
Sprinkle small floating particles on the surface of water in a bowl. Bring a strong magnet above and near to the water surface. Explain any observed motion of the particles.
Advisor: Martin Blaschke (FPF SU, martin.blaschke@fpf.slu.cz)
13. Candle Powered Turbine
A paper spiral suspended above a candle starts to rotate. Optimise the setup for maximum torque.
Advisor: Hynek Němec (FZÚ AV ČR, nemec@fzu.cz)
14. Ball on Membrane
When dropping a metal ball on a rubber membrane stretched over a plastic cup, a sound can be heard. Explain the origin of this sound and explore how its characteristics depend on relevant parameters.
Advisor: Šimon Kos (FAV ZČU, simonkos@kfy.zcu.cz)
15. Boycott Effect
If particles are suspended in a liquid that has a lower density than the particles, the particles will settle to the bottom of the container. The rate of settling can be affected by tilting the container that holds the liquid. Explain this phenomenon and investigate the effect of relevant parameters.
16. Saving Honey
When rotating a rod coated with a viscous liquid (e.g. honey), under certain conditions the liquid will stop draining. Investigate this phenomenon.
Advisor: Martin Kempa (FZÚ AV ČR, kempa@fcu.cz)
17. Invisibility
Lenticular lenses can be used to distort light and make objects disappear. Investigate how changing the properties of the lens and the geometry of the object affect the extent to which the object can be detected.
Advisor: Kamila Moriová (MFF UK, morikam@gmail.com)
Překlad zadání do češtiny
1. Vynalezněte sami
Vytvořte neinvazivní zařízení, které určí směr toku tekutiny uvnitř neprůhledné trubky. Optimalizujte svůj přístroj, abyste mohli změřit co možná nejmenší tok.
Konzultant: Tomáš Ostatnický (MFF UK, tomas.ostatnicky@mff.cuni.cz)
2. Rayleighův disk
Disk zavěšený svisle na tenkém vlákně je umístěn v akustickém poli. Toto zařízení lze použít k měření intenzity zvuku stáčením kolem osy vlákna. Prozkoumejte přesnost takového přístroje.
Konzultant: Tomáš Opatrný (UPOL, opatrny@optics.optol.cz)
3. Kroužek na tyči
Podložka pod šroub se na svislé tyči může začít točit, místo aby prostě klouzala dolů. Prostudujte pohyb podložky a prozkoumejte, co určuje její koncovou rychlost.
Konzultantka: Jana Bielčiková (UJF AVČR, jana.bielcikova@ujf.cas.cz)
4. Nepotopitelný disk
Kovový disk s dírou uprostřed se v nádobě naplněné vodou potápí. Zasáhne-li svislý proud vody střed disku, může disk plovat na vodní hladině. Vysvětlete tento jev a prozkoumejte relevantní parametry.
Konzultant: Petr Chaloupka (FJFI ČVUT, petr.chaloupka@fjfi.cvut.cz)
5. Bimetalový oscilátor
Pomocí bimetalového přerušovače kontaktu může být vyroben jednoduchý elektrický oscilátor. Prozkoumejte relevantní parametry, které ovlivňují frekvenci takového oscilátoru.
Konzultant: Stanislav Panoš (Gym. F.X.Šaldy, stanislav.panos@seznam.cz)
6. Věž z tenisových míčků
Navrstvením tenisových míčků postavte věž s použitím tří míčků na vrstvu a jediného míčku na vrcholu. Prozkoumejte strukturní meze a stabilitu takové věže. Jak se změní situace při použití více než tří míčků v každé vrstvě a vhodného počtu míčků na vrcholu?
7. Třístranná hrací kostka
Dopad mince na její hranu je často spojován s představou vzácné události. Jaké by měly být fyzikální a geometrické charakteristiky válcové hrací kostky, aby měla stejnou pravděpodobnost dopadu na bok a na jednu ze svých podstav?
Konzultant: Dalibor Repček (FZÚ AV ČR, repcek@fzu.cz)
8. Ekvipotenciální čáry
Vložte do vody dvě elektrody, připojte na ně bezpečné napětí a voltmetrem stanovte elektrický potenciál v různých místech. Prozkoumejte, jak se změřené ekvipotenciální čáry liší od vašich očekávání pro různé podmínky a kapaliny.
Konzultant: Karel Výborný (FZÚ AV ČR, vybornyk@fzu.cz)
9. Vodní spirála
Prochází-li proud kapaliny skrz malou díru, pak se za určitých podmínek zkroutí do spirály. Vysvětlete tento jev a prozkoumejte podmínky, za kterých se spirála bude kroutit.
10. Výbuch kapky
Naneseme-li kapku vodní směsi (např. voda-alkohol) na povrch hydrofobní kapaliny (např. rostlinného oleje), může se výsledná kapka někdy rozpadnout na menší kapky. Prozkoumejte parametry, které ovlivňují rozpad a velikost vzniklých kapek.
Konzultant: Karel Kolář (Prometheus, k.kolar@email.cz)
11. Kuličky na gumičce
Spojte dvě kovové kuličky gumičkou, pak gumičku zkruťte a položte kuličky na stůl. Kuličky se začnou točit v jednom směru, pak v opačném. Vysvětlete tento jev a prozkoumejte, jak chování takového „kyvadla“ závisí na relevantních parametrech.
12. Podivný pohyb
Posypte malými plovoucími částečkami vodní hladinu v misce. Přibližte silný magnet těsně nad vodní hladinu. Vysvětlete jakýkoliv pozorovaný pohyb částeček.
Konzultant: Martin Blaschke (FPF SU, martin.blaschke@fpf.slu.cz)
13. Turbína poháněná svíčkou
Papírová spirála zavěšená nad svíčkou se začne otáčet. Optimalizujte tuto sestavu pro dosažení největšího momentu síly.
Konzultant: Hynek Němec (FZÚ AV ČR, nemec@fzu.cz)
14. Kulička na membráně
Když pustíme kovovou kuličku na gumovou membránu nataženou na plastový kelímek, může být slyšet zvuk. Vysvětlete původ tohoto zvuku a prozkoumejte, jak jeho charakteristiky závisejí na relevantních parametrech.
Konzultant: Šimon Kos (FAV ZČU, simonkos@kfy.zcu.cz)
15. Boycottův jev
Pokud jsou částečky ponořeny v kapalině, která má menší hustotu než částečky, pak částečky klesají ke dnu nádoby. Rychlost usazování může být ovlivněna nakloněním nádoby s kapalinou. Vysvětlete tento jev a prozkoumejte vliv relevantních parametrů.
16. Zachytávání medu
Při točení tyčkou obalenou viskózní kapalinou (např. medem) přestane tato kapalina za určitých podmínek stékat. Prozkoumejte tento jev.
Konzultant: Martin Kempa (FZÚ AV ČR, kempa@fcu.cz)
17. Neviditelnost
Pole čoček může být použité k narušení šíření světla a zmizení předmětů. Prozkoumejte, jak změna vlastností čoček a geometrie předmětu ovlivňují jeho detekovatelnost.
Konzultantka: Kamila Moriová (MFF UK, morikam@gmail.com)
Verze pro tisk
Archiv IYPT
Archiv zadání Mezinárodního turnaje mladých fyziků se nachází na adrese http://archive.iypt.org/problems/.
