Turnaj mladých fyziků – Zadání úloh

Toto zadání je převzaté z mezinárodního Turnaje mladých fyziků, https://www.iypt.org/problems/problems-iypt-2024/. Níže je uveden překlad do češtiny. V případě nejasností je rozhodující uvedené anglické zadání.

V souladu s finálním oficiálním zadáním IYPT byla prohozena čísla úloh 4 a 13 (nyní je 4 = Shooting Rubber Band, 13 = Charge Meter). Text zadání se nemění.

Na stránkách http://kit.ilyam.org/ je k dispozici soubor návodů k úlohám TMF – Kit for 2024 od Ilyi Martchenka. 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.

Take a box (e.g. a matchbox), filled with identical objects (e.g. matches, balls, …). Find a method to determine the number of objects in the box solely by the sound produced while shaking the box. How does the accuracy depend on the properties of the objects, the box, and the packing density?

By looking through a single water droplet placed on a glass surface, one can observe that the droplet acts as an imaging system. Investigate the magnification and resolution of such a lens.

Construct a rigid ramp walker with four legs (e.g. in the form of a ladder). The construction may begin to ‘walk’ down a rough ramp. Investigate how the geometry of the walker and relevant parameters affect its terminal velocity of walking.

Advisor: Martin Blaschke (FÚ v Opavě, SU, martin.blaschke@physics.slu.cz)

A rubber band may fly a longer distance if it is non-uniformly stretched when shot, giving it spin. Optimise the distance that a rubber band with spin can reach.

A ping pong ball is placed in a container of water. When the container is dropped, the ping pong ball will get launched to a great height. What maximum height can you reach with up to 2 liters of water?

The responses of a LRC circuit driven by an AC source can be changed by inserting either a non-magnetic metal rod or a ferromagnetic rod into the inductor coil. How can we obtain the magnetic and electric properties of the inserted rod from the circuit’s responses?

When a large, thin and flexible plate (e.g. plastic, metal or plexiglass) is bent, it may produce a loud and unusual howling sound. Explain and investigate this phenomenon.

Place a large disk-shaped magnet on a non-magnetic conductive plate. When a smaller magnet is moved under the plate, the magnet on top may levitate under certain conditions. Investigate the levitation and the possible motion of the magnet on top.

A functional solar cell can be created using conducting glass slides, iodine, juice (eg. blackberry) and titanium dioxide. This type of cell is called a Grätzel cell. Make such a cell and investigate the necessary parameters to obtain maximum efficiency.

Take several identical fidget spinners and attach neodymium magnets to their ends. If you place them side by side on a plane and rotate one of them, the remaining ones start to rotate only due to the magnetic field. Investigate and explain the phenomenon.

A simple water pump can be made using a straw shaped into a triangle and cut open at the vertices. When such a triangle is partially immersed in water with one of its vertices and rotated around its vertical axis, water may flow up through the straw. Investigate how the geometry and other relevant parameters affect the pumping speed.

Lower a compressed slinky into a soap solution, pull it out and straighten it. A soap film is formed between the turns of the slinky. If you break the integrity of the film, the front of the film will begin to move. Explain this phenomenon and investigate the movement of the front of the soap film.

A lightweight ball is suspended from a thread in the area between two charged plates. If the ball is also charged it will be deflected to one side at a certain angle. What is the accuracy of such a device for measuring the amount of charge on the ball? Optimise your device to measure the smallest possible charge on the ball.

Place a ruler on the edge of a table, and throw a ball at its free end. The ruler will fall. However, if you cover a part of the ruler with a piece of paper and repeat the throw, then the ruler will remain on the table while the ball will bounce off it. Explain this phenomenon, and investigate the relevant parameters.

Gently place a piece of tracing paper on the surface of water. It rapidly curls into a scroll and then slowly uncurls. Explain and investigate this phenomenon.

Place an object on a large air cushion and drop several other objects in such a way that the first object is catapulted away. Investigate how the exit velocity depends on relevant parameters.

If you put a flame with table salt added in front of a vapour sodium lamp, the flame casts a shadow. The shadow can become lighter, if the flame is put into a strong magnetic field. Investigate and explain the phenomenon.

Překlad zadání do češtiny

Vezměte krabici (např. krabičku od sirek) naplněnou identickými předměty (např. sirkami, kuličkami,…). Navrhněte metodu ke zjištění počtu objektů v krabičce pouze podle zvuku při třepání krabicí. Jak závisí přesnost zvolené metody na vlastnostech předmětů a krabice a na míře naplnění?

Při pohledu skrz jednu kapku vody na skleněném povrchu můžeme pozorovat, že kapka funguje jako zobrazovací systém. Prozkoumejte zvětšení a rozlišení takové čočky.

Zkonstruujte čtyřnohé chodítko (např. ve tvaru štaflí). Po drsné šikmé rampě může tato konstrukce začít „kráčet“ dolů. Prozkoumejte, jak geometrie chodítka a relevantní parametry ovlivní ustálenou rychlost jeho chůze.

Konzultant: Martin Blaschke (FÚ v Opavě, SU, martin.blaschke@physics.slu.cz)

Dostřel napnuté gumičky lze prodloužit, pokud ji při výstřelu roztočíme vlivem nestejnoměrného napnutí. Optimalizujte vzdálenost, kterou roztočená gumička může uletět.

Pingpongový míček je umístěn v nádobě s vodou. Když nádobu upustíme, pingpongový míček vyskočí do velké výšky. Jak nejvýše může míček vyskočit, použijeme-li vodu o objemu do dvou litrů?

Odezva RLC obvodu napájeného střídavým zdrojem se může změnit vložením buď nemagnetické kovové tyčky, anebo feromagnetické tyčky do indukční cívky. Jak můžeme určit magnetické a elektrické vlastnosti vložené tyčky z odezvy obvodu?

Ohnutím velké, tenké a ohebné desky (např. z plastu, kovu nebo plexiskla) můžeme vytvořit nezvyklý hlasitý zvuk připomínající vytí. Vysvětlete a prozkoumejte tento jev.

Umístěte velký diskový magnet na nemagnetickou vodivou desku. Pohybujeme-li pod deskou dalším, menším magnetem, může horní magnet za určitých podmínek levitovat. Prozkoumejte levitaci horního magentu a jeho možný pohyb.

Funkční solární článek můžeme vytvořit ze skla pokrytého vodivou vrstvou, jodu, šťávy (např. z ostružin) a oxidu titaničitého. Tento typ článku se nazývá Grätzelův článek. Vyrobte takový článek a prozkoumejte parametry potřebné pro získání maximální účinnosti.

Vezměte několik identických prstových točítek a připevněte k jejich koncům neodymové magnety. Pokud umístíte točítka v rovině vedle sebe a točíte jedním z nich, ostatní se začnou otáčet jen vlivem magnetického pole. Prozkoumejte a vysvětlete tento jev.

Jednoduchá vodní pumpa může být vyrobena z brčka vytvarovaného do trojúhelníku naříznutého ve vrcholech. Když je takový trojúhelník částečně ponořen do vody jedním z jeho vrcholů a roztočen kolem své svislé osy, může voda téct brčkem nahoru. Prozkoumejte, jak geometrie a další relevantní parametry ovlivňují rychlost pumpování.

Ponořte stlačenou pružinu Slinky do roztoku mýdla, vyjměte ji a roztáhněte. Mezi závity se vytvoří mýdlový film. Pokud film protrhnete, jeho čelo se začne pohybovat. Vysvětlete tento jev a prozkoumejte pohyb čela mýdlového filmu.

Lehká kulička je zavěšena na vlákně v prostoru mezi dvěma nabitými deskami. Pokud je kulička též nabitá, odkloní se o určitý úhel na jednu stranu. Jaká je přesnost tohoto zařízení na měření náboje na kuličce? Optimalizujte svoje zařízení, aby bylo možné měřit co možná nejmenší náboj na kuličce.

Na hranu stolu položte pravítko a na jeho volný konec hoďte míček či kuličku. Pravítko spadne. Ovšem když překryjete část pravítka papírem a hod zopakujete, pak pravítko zůstane na stole, zatímco míček či kulička se odrazí. Vysvětlete tento jev a prozkoumejte relevantní parametry.

Jemně položte kousek pauzovacího papíru na hladinu vody. Papír se rychle svine do svitku a pak se pomalu rozvine. Vysvětlete a prozkoumejte tento jev.

Položte předmět na velký vzduchový polštář a upusťte několik dalších předmětů tak, aby byl první předmět katapultován pryč. Prozkoumejte, jak rychlost katapultovaného předmětu v okamžiku opuštění polštáře závisí na relevantních parametrech.

Přidáme-li do plamene umístěného před sodíkovou výbojkou kuchyňskou sůl, bude plamen vrhat stín. Tento stín může zesvětlat, pokud je plamen umístěn do silného magnetického pole. Prozkoumejte a vysvětlete tento jev.

Archiv zadání: 37. ročník Turnaje mladých fyziků (2023/24)

Oficiální zadání

Překlad zadání do češtiny

Verze pro tisk

Archiv IYPT