33. ročník

Zadání úloh bylo převzato ze webových stránek Mezinárodního Turnaje Mladých Fyziků (http://iypt.org/wp-content/uploads/2019/07/IYPT_2020_Problems.pdf).

1. Invent yourself

Design an instrument for measuring current using its heating effect. What are the accuracy, precision, and limits of the method?

2. Inconspicuous Bottle

Put a lit candle behind a bottle. If you blow on the bottle from the opposite side, the candle may go out, as if the bottle was not there at all. Explain the phenomenon.

3. Swinging Sound Tube

A Sound Tube is a toy, consisting of a corrugated plastic tube, that you can spin around to produce sounds. Study the characteristics of the sounds produced by such toys, and how they are affected by the relevant parameters.

4. Singing Ferrite

Insert a ferrite rod into a coil fed from a signal generator. At some frequencies, the rod begins to produce a sound. Investigate the phenomenon.

5. Sweet Mirage

Fata Morgana is the name given to a particular form of mirage. A similar effect can be produced by shining a laser through a fluid with a refractive index gradient. Investigate the phenomenon.

6. Saxon Bowl

A bowl with a hole in its base will sink when placed in water. The Saxons used this device for timing purposes. Investigate the parameters that determine the time of sinking.

7. Balls on a String

Put a string through a ball with a hole in it such that the ball can move freely along the string. Attach another ball to one end of the string. When you move the free end periodically, you can observe complex movements of the two balls. Investigate the phenomenon.

8. Soap Membrane Filter

A heavy particle may fall through a horizontal soap film without rupturing it. However, a light particle may not penetrate the film and may remain on its surface. Investigate the properties of such a membrane filter.

9. Magnetic Levitation

Under certain circumstances, the “flea” of a magnetic stirrer can rise up and levitate stably in a viscous fluid during stirring. Investigate the origins of the dynamic stabilization of the “flea” and how it depends on the relevant parameters.

10. Conducting Lines

A line drawn with a pencil on paper can be electrically conducting. Investigate the characteristics of the conducting line.

11. Drifting Speckles

Shine a laser beam onto a dark surface. A granular pattern can be seen inside the spot. When the pattern is observed by a camera or the eye, that is moving slowly, the pattern seems to drift relative to the surface. Explain the phenomenon and investigate how the drift depends on relevant parameters.

12. Polygon Vortex

A stationary cylindrical vessel containing a rotating plate near the bottom surface is partially filled with liquid. Under certain conditions, the shape of the liquid surface becomes polygon-like. Explain this phenomenon and investigate the dependence on the relevant parameters.

13. Friction Oscillator

A massive object is placed onto two identical parallel horizontal cylinders. The two cylinders each rotate with the same angular velocity, but in opposite directions. Investigate how the motion of the object on the cylinders depends on the relevant parameters.

14. Falling Tower

Identical discs are stacked one on top of another to form a freestanding tower. The bottom disc can be removed by applying a sudden horizontal force such that the rest of the tower will drop down onto the surface and the tower remains standing. Investigate the phenomenon and determine the conditions that allow the tower to remain standing.

15. Pepper Pot

If you take a salt or pepper pot and just shake it, the contents will pour out relatively slowly. However, if an object is rubbed along the bottom of the pot, then the rate of pouring can increase dramatically. Explain this phenomenon and investigate how the rate depends on the relevant parameters.

16. Nitinol Engine

Place a nitinol wire loop around two pulleys with their axes located at some distance from each other. If one of the pulleys is immersed into hot water, the wire tends to straighten, causing a rotation of the pulleys. Investigate the properties of such an engine.

17. Playing Card

A standard playing card can travel a very long distance provided that spin is imparted as it is thrown. Investigate the parameters that affect the distance and the trajectory.

Překlad zadání do češtiny

1. Vynalezněte sami

Navrhněte přístroj pro měření proudu, který využívá skutečnost, že proud zahřívá. Jaká je přesnost, rozptyl měření a omezení použité metody?

2. Nenápadná láhev

Postavte za láhev zapálenou svíčku. Když fouknete na láhev z opačné strany, svíčka může zhasnout, jako kdyby tam žádná láhev nebyla. Vysvětlete tento jev.

3. Roztáčená zvuková trubice

Zvuková trubice je hračka sestávající z vrapové plastové trubice, kterou můžete točit dokola a tak vytvářet zvuk. Prostudujte charakteristiky těmito hračkami vytvářených zvuků, a jak jsou ovlivněny relevantními parametry.

4. Zpívající ferit

Vložte feritovou tyčku do cívky napájené generátorem signálu. Při určitých frekvencích začne tyčka vydávat zvuk. Prozkoumejte tento jev.

5. Sladký optický klam

Fata Morgana je název pro konkrétní druh optického klamu. K podobnému jevu může dojít, pokud svítíme laserem skrz tekutinu s gradientem indexu lomu. Prozkoumejte tento jev.

6. Saská miska

Miska s otvorem ve dně se po vložení do vody potopí. Sasové používali toto zařízení k měření času. Prozkoumejte parametry, které určují dobu, za niž dojde k potopení.

7. Míčky na provázku

Protáhněte provaz otvorem v míčku tak, aby se mohl volně pohybovat podél provázku. Připevněte další míček na jeden konec provázku. Když budete volným koncem periodicky pohybovat, můžete pozorovat složité pohyby obou míčků. Prozkoumejte tento jev.

8. Mýdlová membrána jako filtr

Těžká částice může propadnout vodorovnou mýdlovou blánou, aniž ji protrhne. Naopak lehká částice blánou proniknout nemusí a může zůstat na jejím povrchu. Prozkoumejte vlastnosti takového membránového filtru.

9. Magnetická levitace

Za určitých okolností se může míchadélko magnetické míchačky zvednout a při míchání stabilně levitovat ve vazké kapalině. Prozkoumejte původ dynamické stabilizace míchadélka a jak závisí na relevantních parametrech.

10. Vodivé čáry

Čára nakreslená tužkou na papír může být elektricky vodivá. Prozkoumejte charakteristiky této vodivé čáry.

11. Pohybující se skvrnky

Posviťte laserovým svazkem na tmavý povrch. V osvětleném místě můžeme vidět zrnitý vzor. Když vzor pozorujeme pomalu se pohybující kamerou nebo okem, zdá se, že se vzor vzhledem k povrchu pohybuje. Vysvětlete tento jev a prozkoumejte, jak pohyb závisí na relevantních parametrech.

12. Mnohoúhelníkový vír

Stojící válcová nádoba s deskou rotující u dna je částečně naplněna kapalinou. Za určitých podmínek tvar povrchu kapaliny vypadá jako mnohoúhelník. Vysvětlete tento jev a prozkoumejte závislost na relevantních parametrech.

13. Třecí oscilátor

Masivní předmět je umístěn na dva stejné rovnoběžné vodorovné válce. Oba válce rotují stejnou úhlovou rychlostí, ale v opačném směru. Prozkoumejte, jak pohyb předmětu na válcích závisí na relevantních parametrech.

14. Padající věž

Stejné disky jsou naskládány na sobě tak, že tvoří samostatně stojící věž. Spodní disk může být odstraněn působením náhlé vodorovné síly tak, že zbytek věže klesne na podložku a věž zůstane stát. Prozkoumejte tento jev a určete podmínky, které umožní, aby věž zůstala stát.

15. Pepřenka

Když vezmete slánku nebo pepřenku a jen s ní třesete, bude se obsah vysypávat relativně pomalu. Třeme-li nějakým předmětem o dno pepřenky, pak se může vysypávání dramaticky zrychlit. Vysvětlete tento jev a prozkoumejte, jak rychlost vysypávání závisí na relevantních parametrech.

16. Nitinolový motor

Oviňte smyčkou z nitinolového drátu dvojici kladek, jejichž osy jsou v určité vzdálenosti. Ponoříme-li jednu z kladek do horké vody, drát má snahu se napřímit, čímž vyvolá otáčení kladek. Prozkoumejte vlastnosti takovéhoto motoru.
Nitinol = slitina niklu a titanu s tvarovou pamětí

17. Hrací karta

Standardní hrací karta může urazit velkou vzdálenost, pokud ji při vrhu roztočíme. Prozkoumejte parametry, které ovlivňují vzdálenost a trajektorii.

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.

Za shlédnutí stojí také ilustrační videa z kanálu Canadian Young Physicists’ Tournament - https://www.youtube.com/playlist?list=PLyHSINW6AVOWg6ufseZc06MSiRRx4o17L

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

• Oficiální zadání: Problems2020.pdf
• Český překlad: Problems2020_CZ.pdf

Archiv

Archiv zadání Mezinárodního turnaje mladých fyziků se nachází na adrese http://archive.iypt.org/problems/