IYPT logo – left
Turnaj mladých fyziků
Fyzikální týmová soutěž středoškoláků
IYPT logo – right

Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy ČR     Jednota českých matematiků a fyziků     Fyzikální ústav AV ČR     Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská ČVUT

Zadání úloh pro 36. ročník Turnaje mladých fyziků (2022/23)

Poznámky

4. Coloured Line/Barevná čára
V laboratoři Fyzikálního ústavu AV ČR je možné po domluvě provádět měření s vláknovým USB spektrometrem. Kontakt: Hynek Němec, nemec@fzu.cz.
11. Ball on Ferrite Rod/Kulička na feritové tyčce
Zajímavé video: https://www.youtube.com/watch?v=jIyoo-Rmqqw

Oficiální zadání

Toto zadání je převzaté z mezinárodního Turnaje mladých fyziků, https://www.iypt.org/problems/problems-for-the-36th-iypt-2023/. Níže je uveden překlad do češtiny. V případě nejasností je rozhodující uvedené anglické zadání.

IYPT 2023 References jsou k dispozici na https://stemfellowship.org/iypt-references/. 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. Fractal Fingers
The effect of fractal fingering can be observed if a droplet of an ink-alcohol mixture is deposited onto diluted acrylic paint. How are the geometry and dynamics of the fingers influenced by relevant parameters?
Advisor: Jana Bielčiková (ÚJF AVČR, jana.bielcikova@ujf.cas.cz)
2. Oscillating Sphere
A light sphere with a conducting surface is suspended from a thin wire. When the sphere is rotated about its vertical axis (thereby twisting the wire) and then released, it starts to oscillate. Investigate how the presence of a magnetic field affects the motion.
Advisor: Dušan Novotný (PřF UJEP, novotny.d@volny.cz)
3. Siren
If you direct an air flow onto a rotating disk with holes, a sound may be heard. Explain this phenomenon and investigate how the sound characteristics depend on the relevant parameters.
Advisor: Tomáš Opatrný (PřF UPOL, opatrny@optics.optol.cz)
4. Coloured Line
When a compact disc or DVD is illuminated with light coming from a filament lamp in such a way that only rays with large angles of incidence are selected, a clear green line can be observed. The colour varies upon slightly changing the angle of the disc. Explain and investigate this phenomenon.
Advisor: Hynek Němec (FZÚ AV ČR, nemec@fzu.cz)
5. Whistling Mesh
When a stream of water hits a rigid metal mesh within a range of angles, a whistling tone may be heard. Investigate how the properties of the mesh, stream and angle affect the characteristics of the sound produced.
Advisor: Karel Kolář (Prometheus, k.kolar@email.cz)
6. Magnetic-Mechanical OscillatorFigure for task 6
Secure the lower ends of two identical leaf springs to a non-magnetic base and attach magnets to the upper ends such that they repel and are free to move. Investigate how the movement of the springs depends on relevant parameters.
Advisor: Zdeněk Janů (FZÚ AV ČR, janu@fzu.cz)
7. Faraday Waves
A droplet of less viscous liquid floating in a bath of a more viscous liquid develops surprising wave-like patterns when the entire system is set into vertical oscillation. Investigate this phenomenon and the parameters relevant to the production of stable patterns.
8. Euler’s PendulumFigure for task 8
Take a thick plate of non-magnetic material and fix a neodymium magnet on top of it. Suspend a magnetic rod (which can be assembled from cylindrical neodymium magnets) underneath it. Deflect the rod so that it touches the plate only with highest edge and release it. Study the motion of such a pendulum under various conditions.
Advisor: Pavel Kůs (FZÚ AV ČR, kuspa@fzu.cz)
9. Oscillating Screw
When placed on its side on a ramp and released, a screw may experience growing oscillations as it travels down the ramp. Investigate how the motion of the screw, as well as the growth of these oscillations depend on the relevant parameters.
Advisor: Šimon Kos (FAV ZČU, simonkos@kfy.zcu.cz)
10. Upstream Flow
Sprinkle light particles on a water surface. Then allow a water stream to be incident on the surface from a small height. Under certain conditions, the particles may begin to move up the stream. Investigate and explain this phenomenon.
11. Ball on Ferrite Rod
A ferrite rod is placed at the bottom end of a vertical tube. Apply an ac voltage, of a frequency of the same order as the natural frequency of the rod, to a fine wire coil wrapped around its lower end. When a ball is placed on top of the rod, it will start to bounce. Explain and investigate this phenomenon.
Advisor: Stanislav Panoš (Gym. F. X. Šaldy, Liberec, stanislav.panos@seznam.cz)
12. Rice Kettlebells
Take a vessel and pour some granular material into it, for example, rice. If you dip e.g. a spoon into it, then at a certain depth of immersion, you can lift the vessel and contents by holding the spoon. Explain this phenomenon and explore the relevant parameters of the system.
Advisor: Petr Chaloupka (FJFI ČVUT, petr.chaloupka@fjfi.cvut.cz)
13. Ponyo’s Heat Tube
A glass tube with a sealed top is filled with water and mounted vertically. The bottom end of the tube is immersed in a beaker of water and a short segment of the tube is heated. Investigate and explain the periodic motion of the water and any vapour bubbles observed.
14. Jet Refraction
A vertical jet can be refracted when passing through an inclined sieve with a fine mesh. Propose a law for such refraction and investigate relevant parameters.
Advisor: Kamila Moriová (MFF UK, morikam@gmail.com)
15. Pancake Rotation
Place a few balls in a round container. If you move the container around a vertical axis, the balls can move codirectionally with the movement of the container, or they can move in the opposite direction. Explain this phenomenon and investigate how the direction of movement depends on relevant parameters.
Advisor: Tomáš Ostatnický (MFF UK, tomas.ostatnicky@mff.cuni.cz)
16. Thermoacoustic Engine
A piston placed in the open end of a horizontal test tube which has its other end partially filled with steel wool may oscillate when the closed end is heated up. Investigate the phenomenon and determine the efficiency of this engine.
Advisor: Martin Blaschke (FÚ v Opavě, SU, martin.blaschke@physics.slu.cz)
17. Arrester Bed
A sand-filled lane results in the dissipation of the kinetic energy of a moving vehicle. What length is necessary for such an arrester bed to entirely stop a passively moving object (e.g. a ball)? What parameters does the length depend on?
Advisor: Dalibor Repček (FZÚ AV ČR, repcek@fzu.cz)

Překlad zadání do češtiny

1. Fraktální chapadla
Naneseme-li kapku směsi inkoustu a alkoholu na zředěnou akrylovou barvu, můžeme pozorovat růst fraktálních chapadel. Jak je geometrie a dynamika chapadel ovlivněna relevantními parametry?
Konzultant: Jana Bielčiková (ÚJF AVČR, jana.bielcikova@ujf.cas.cz)
2. Kmitající koule
Lehká koule s vodivým povrchem je zavěšena na tenkém drátku. Když kouli pootočíme kolem její svislé osy (čímž se drát zkroutí) a pak uvolníme, koule začne kmitat. Prozkoumejte, jak přítomnost magnetického pole ovlivní její pohyb.
Konzultant: Dušan Novotný (PřF UJEP, novotny.d@volny.cz)
3. Siréna
Pokud namíříte proud vzduchu na rotující disk s dírami, může být slyšet zvuk. Vysvětlete tento jev a prozkoumejte, jak charakteristiky zvuku závisejí na relevantních parametrech.
Konzultant: Tomáš Opatrný (PřF UPOL, opatrny@optics.optol.cz)
4. Barevná čára
Když osvítíme kompaktní disk nebo DVD světlem z žárovky s wolframovým vláknem tak, že jsou vybrány pouze paprsky s velkým úhlem dopadu, můžeme pozorovat jasnou zelenou čáru. Její barva se mění s nepatrnými změnami úhlu náklonu disku. Vysvětlete a prozkoumejte tento jev.
Konzultant: Hynek Němec (FZÚ AV ČR, nemec@fzu.cz)
5. Pískající sítko
Když proud vody narazí na tuhé kovové sítko v určitém intervalu úhlů, může být slyšet pískavý zvuk. Prozkoumejte, jak vlastnosti sítka, parametry proudu a velikost úhlu ovlivňují charakteristiky vytvořeného zvuku.
Konzultant: Karel Kolář (Prometheus, k.kolar@email.cz)
6. Magneticko-mechanický oscilátorFigure for task 6
Upevněte spodní konce dvou identických plochých pružin k nemagnetické podložce a připevněte magnety k horním koncům tak, aby se odpuzovaly a volně se mohly pohybovat. Prozkoumejte, jak pohyb pružin závisí na relevantních parametrech.
Konzultant: Zdeněk Janů (FZÚ AV ČR, janu@fzu.cz)
7. Faradayovy vlny
Kapka méně vazké kapaliny plove v lázni více vazké kapaliny. Rozkmitáme-li svisle celý systém, vzniknou překvapivé obrazce ve tvaru vln. Prozkoumejte tento jev a parametry relevantní pro vytvoření stabilních obrazců.
8. Eulerovo kyvadloFigure for task 8
Vezměte tlustou desku z nemagnetického materiálu a na její horní stranu připevněte neodymový magnet. Zavěste pod ni magnetickou tyčku (která může být sestavena z válcových neodymových magnetů). Vychylte tyčku tak, aby se dotýkala desky pouze svou vrchní hranou, a pusťte ji. Prostudujte pohyb tohoto kyvadla za různých podmínek.
Konzultant: Pavel Kůs (FZÚ AV ČR, kuspa@fzu.cz)
9. Kmitající šroub
Položte šroub stranou na nakloněnou rovinu. Po uvolnění může šroub při pohybu dolů začít vykonávat kmity s rostoucí amplitudou. Prozkoumejte, jak pohyb šroubu závisí na relevantních parametrech.
Konzultant: Šimon Kos (FAV ZČU, simonkos@kfy.zcu.cz)
10. Tok proti proudu
Posypte vodní hladinu lehkými částečkami. Pak nechte z malé výšky na hladinu téct proud vody. Za určitých podmínek se částečky mohou začít pohybovat proti proudu. Prozkoumejte a vysvětlete tento jev.
11. Kulička na feritové tyčce
Umístěte na spodní konec feritové tyčky cívku navinutou z tenkého drátu a vložte tyčku do svislé trubky. Přiložte na cívku střídavé napětí o frekvenci stejného řádu, jako je vlastní frekvence tyčky. Položíte-li na horní konec tyčky v trubce kuličku, začne poskakovat. Vysvětlete a prozkoumejte tento jev.
Konzultant: Stanislav Panoš (Gym. F. X. Šaldy, Liberec, stanislav.panos@seznam.cz)
12. Rýžový kettlebell
Vezměte nádobu a nasypte do ní nějaký granulární materiál, například rýži. Pokud do ní ponoříte třeba lžíci, pak za ni při určité hloubce ponoru můžete zvednout nádobu i s obsahem. Vysvětlete tento jev a prozkoumejte relevantní parametry systému.
Konzultant: Petr Chaloupka (FJFI ČVUT, petr.chaloupka@fjfi.cvut.cz)
13. Ponyova tepelná trubka
Shora uzavřenou skleněnou trubku zcela naplňte vodou a umístěte svisle spodním koncem do kádinky s vodou. Zahřívejte krátký úsek trubky. Prozkoumejte a vysvětlete periodický pohyb vody a případnou přítomnost bublin páry.
14. Lom proudu
Svislý proud tekutiny se může při průchodu nakloněným jemným sítem lámat. Navrhněte zákon pro takový lom a prozkoumejte relevantní parametry.
Konzultant: Kamila Moriová (MFF UK, morikam@gmail.com)
15. Rotace lívanečníku
Vložte několik kuliček do nádoby kruhového průřezu. Budete-li kroužit nádobou kolem svislé osy, kuličky se mohou pohybovat ve stejném směru jako nádoba, nebo naopak. Vysvětlete tento jev a prozkoumejte, jak směr pohybu závisí na relevantních parametrech.
Konzultant: Tomáš Ostatnický (MFF UK, tomas.ostatnicky@mff.cuni.cz)
16. Termoakustický motor
Píst umístěný na otevřený konec vodorovné zkumavky, která má opačný konec částečně vyplněný ocelovou vlnou, může kmitat, pokud je zavřený konec zahříván. Prozkoumejte tento jev a určete účinnost motoru.
Konzultant: Martin Blaschke (FÚ v Opavě, SU, martin.blaschke@physics.slu.cz)
17. Únikový pruh
Jízdní pruh s pískem zajišťuje disipaci kinetické energie pohybujícího se vozidla. Jaká délka takového únikového pruhu je potřeba, aby úplně zastavila pasivně se pohybující předmět (např. kouli)? Na jakých parametrech závisí tato délka?
Konzultant: Dalibor Repček (FZÚ AV ČR, repcek@fzu.cz)

Verze pro tisk

Archiv IYPT

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