31. ročník

Zadání úloh bylo převzato ze webových stránek Mezinárodního Turnaje Mladých Fyziků (http://iypt.org/images/9/9f/problems2018_signed.pdf).

1. Invent yourself

Construct a simple seismograph that amplifies a local disturbance by mechanical, optical or electrical methods. Determine the typical response curve of your device and investigate the parameters of the damping constant. What is the maximum amplification that you can achieve?

2. Colour of Powders

If a coloured material is ground to a powder, in some cases the resulting powder may have a different colour to that of the original material. Investigate how the degree of grinding affects the apparent colour of the powder.

3. Dancing Coin

Take a strongly cooled bottle and put a coin on its neck. Over time you will hear a noise and see movements of the coin. Explain this phenomenon and investigate how the relevant parameters affect the dance.

4. Heron's Fountain

Construct a Heron’s fountain and explain how it works. Investigate how the relevant parameters affect the height of the water jet.

5. Drinking Straw

When a drinking straw is placed in a glass of carbonated drink, it can rise up, sometimes toppling over the edge of the glass. Investigate and explain the motion of the straw and determine the conditions under which the straw will topple.

6. Ring Oiler

An oiled horizontal cylindrical shaft rotates around its axis at constant speed. Make a ring from a cardboard disc with the inner diameter roughly twice the diameter of the shaft and put the ring on the shaft. Depending on the tilt of the ring, it can travel along the shaft in either direction. Investigate the phenomenon.

7. Conical Piles

Non-adhesive granular materials can be poured such that they form a cone-like pile. Investigate the parameters that affect the formation of the cone and the angle it makes with the ground.

8. Cusps in a Cylinder

A horizontal cylinder is partially filled with a viscous fluid. When the cylinder is rotated around its axis, unusual fluid behaviour can be observed, such as cusp-like shapes on the walls of the cylinder. Investigate the phenomenon.

9. Candle in Water

Add some weight to a candle such that it barely floats in water. As the candle burns, it may continue to float. Investigate and explain this phenomenon.

10. Tesla Valve

A Tesla valve is a fixed-geometry, passive, one-direction valve. A Tesla valve offers a resistance to flow that is much greater in one direction compared to the other. Create such a Tesla valve and investigate its relevant parameters.

11. Azimuthal-Radial Pendulum

Fix one end of a horizontal elastic rod to a rigid stand. Support the other end of the rod with a taut string to avoid vertical deflection and suspend a bob from it on another string (see figure). In the resulting pendulum the radial oscillations (parallel to the rod) can spontaneously convert into azimuthal oscillations (perpendicular to the rod) and vice versa. Investigate the phenomenon.

12. Curie Point Engine

Make a nickel disc that can rotate freely around its axis. Place a magnet near the edge of the disc and heat this side of it. The disc starts to rotate. Investigate the parameters affecting the rotation and optimize the design for a steady motion.

13. Weighing Time

It is commonly known that an hourglass changes its weight (as measured by a scale) while flowing. Investigate this phenomenon.

14. Radiant Lantern

When taking a picture of a glowing lantern at night, a number of rays emanating from the centre of the lantern may appear in the pictures. Explain and investigate this phenomenon.

15. Blowing Bubbles

When blowing on a soap film in a ring, a bubble may be formed. The liquid film may pop or continue to exist. Investigate how the number of bubbles produced from a single soap film and the characteristics of the bubbles depend on the relevant parameters.

16. Acoustic Levitation

Small objects can levitate in acoustic standing waves. Investigate the phenomenon. To what extent can you manipulate the objects?

17. Water Bottle

The current craze of water bottle flipping involves launching a partially filled plastic bottle into the air so that it performs a somersault before landing on a horizontal surface in a stable, upright position. Investigate the phenomenon and determine the parameters that will result in a successful flip.

Překlad zadání do češtiny

1. Vynalezněte sami

Sestavte jednoduchý seismograf, který zesiluje lokální výchylky mechanickými, optickými nebo elektrickými metodami. Zjistěte typickou odezvovou křivku svého zařízení a prozkoumejte parametry určující konstantu tlumení. Jakého maximálního zesílení jste schopni dosáhnout?

2. Barva jemných prášků

Pokud je barevný materiál rozemletý na prášek, může mít výsledný prášek v některých případech jinou barvu než původní materiál. Prozkoumejte, jak hrubost mletí ovlivňuje zdánlivou barvu prášku.

3. Tančící mince

Vezměte silně ochlazenou láhev a na její hrdlo položte minci. Po chvíli uslyšíte zvuk a spatříte, že se mince pohybuje. Vysvětlete tento jev a prozkoumejte, jak tento „tanec“ ovlivňují relevantní parametry.

4. Hérónova fontána

Sestavte Hérónovu fontánu a vysvětlete, jak funguje. Prozkoumejte, jak relevantní parametry ovlivňují výšku vodotrysku.

5. Brčko

Když vložíme brčko do sklenice s nápojem syceným oxidem uhličitým, může vystoupat zpět vzhůru, někdy až tak, že přepadne přes okraj sklenice. Prozkoumejte a vysvětlete pohyb brčka a určete podmínky, za kterých přepadne ven.

6. Kroužková maznice

Mazaná válcová hřídel rotuje stálou rychlostí kolem své osy. Vyrobte z kartonového disku prstenec o vnitřním průměru zhruba dvakrát větším, než má hřídel, a na hřídel ho nasaďte. V závislosti na svém náklonu může prstenec cestovat podél hřídele jedním nebo druhým směrem. Prozkoumejte tento jev.

7. Kuželovité hromady

Nelepivé zrnité materiály je možno sypat tak, že vytvářejí kuželu podobnou hromadu. Prozkoumejte parametry ovlivňující tvorbu kužele a úhel, který svírá strana kužele se zemí.

8. Zježení ve válci

Vodorovně položený válec je zčásti zaplněný viskózní tekutinou. Když se válec točí kolem své osy, je u tekutiny možné pozorovat neobvyklé chování, jako například vznik špičatých útvarů na stěnách válce. Prozkoumejte tento jev.

9. Svíčka ve vodě

Zatižte svíčku tak, aby sotva plovala ve vodě. Když pak svíčka odhořívá, může se stát, že bude dál plovat. Prozkoumejte a vysvětlete tento jev.

10. Teslův ventil

Teslův ventil je pasivní usměrňovací ventil s neměnnou geometrií. Pracuje tak, že klade proudící tekutině v jednom směru daleko větší odpor než ve směru opačném. Vyrobte takový Teslův ventil a prozkoumejte jeho relevantní parametry.

11. Azimutálně-radiální kyvadlo

Jeden konec vodorovné pružné tyče upevněte k pevnému stojanu. Druhý konec zajistěte napjatým lankem tak, abyste zamezili svislému odklonu tyče, a zavěste na tento konec pomocí dalšího lanka malé závaží (viz obrázek). U výsledného kyvadla mohou radiální kmity (rovnoběžné s tyčí) spontánně přejít v azimutální (kolmé na tyč) a obráceně. Prozkoumejte tento jev.

12. Curieovský motor

Vyrobte niklový disk, který se může volně otáčet kolem své osy. Poblíž hrany disku umístěte magnet a zahřejte tuto stranu disku. Disk se začne otáčet. Prozkoumejte parametry ovlivňující rotaci a optimalizací konstrukce dosáhněte rovnoměrného pohybu.

13. Vážíme čas

Jak známo, přesýpací hodiny během přesýpání mění svoji tíhu (údaj na číselníku váhy). Prozkoumejte tento jev.

14. Zářící lucerna

Když v noci fotografujeme svítící lucernu, může se kolem ní na fotografiích objevit několik paprsků, které vyzařují ze středu lucerny. Vysvětlete a prozkoumejte tento jev.

15. Foukání bublin

Foukáním na vrstvu mýdlové vody v prstenci může vzniknout bublina. Tenká vrstva kapaliny pak může prasknout nebo dál existovat. Prozkoumejte, jak závisí počet bublin, které je možné vytvořit z jediné vrstvy mýdlové kapaliny, spolu s jejich dalšími charakteristikami na relevantních parametrech.

16. Akustická levitace

Drobné předměty mohou ve stojatém akustickém vlnění levitovat. Prozkoumejte tento jev. Do jaké míry dokážete pohyb těchto předmětů ovlivňovat?

17. Láhev s vodou

Výstřední kousek, který přišel do módy, spočívá ve vyhození láhve částečně naplněné vodou do vzduchu tak, aby udělala ve vzduchu přemet a po dopadu na pevný vodorovný povrch zůstala stát ve stabilní svislé poloze. Prozkoumejte tento jev a určete parametry potřebné pro úspěšný hod.

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

• Oficiální zadání: Problems2018.pdf
• Český překlad: Problems2018_CZ.pdf

Archiv

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