Turnaj mladých fyzikov

Popri fyzikálnej olympiáde sa na Slovensku udomácnila aj ďalšia stredoškolská súťaž vo fyzike. Na niektorých školách ju rozhodne netreba predstavovať, no chceme vás o nej informovať, lebo vieme, že sú končiny, kde informácia o tejto netradičnej súťaži ešte nedorazila a aj školám, ktoré sa formou tejto súťaže zviditeľnili (dokonca aj v zahraničí) len prospeje ak sa im objavia ďalší konkurenti.

Turnaj mladých fyzikov (TMF) je typická súťaž študentských tímov. Možno hovoriť aj o istom zázemí tohoto tímu, ktoré predstavuje škola, univerzita alebo vedecká inštitúcia v regióne. Tento tím, ako aj ďalší spolužiaci (na niektorých školách existuje skupina aj niekoľko desiatok študentov), rieši počas niekoľkých mesiacov sedemnásť úloh. Úlohy pre TMF každoročne schvaľuje Medzinárodný výbor TMF (predsedom je prof. Gunar Tibelt zo švédskej Upsaly) a možno ich označiť ako netradičné úlohy pre školské prostredie. Častokrát presahujú rámec poznatkov stredoškolskej fyziky - je to súťaž pre talentovaných študentov. Nejedná sa len o počítanie a matematické odvodzovanie, ale skôr o vytvorenie modelu „fungovania" prírodného javu opisovaného v úlohe - je to súťaž pre tvorivých študentov. Najlepšie je pozrieť si niekoľko takýchto úloh, preto v prílohe uvádzame úlohy pre tento ročník TMF. Pri riešení týchto úloh je možné, dokonca žiadúce, konzultovať s osobnosťami vedy na Slovensku v danej problematike, preštudovať odbornú literatúru - je to súťaž pre budúcich odborníkov v akomkoľvek vednom odbore. Študenti si rozdeľujú riešenie čiastkových odborných problémov a zháňanie informácii medzi sebou a následne si ich navzájom zdielajú - je to súťaž pre tých, čo pochopili, že budúcnosť je v tímovej práci. Pri riešení úloh takpovediac „je dovolené všetko" čo napomôže úspešnej prezentácii riešenia danej úlohy, lebo práve kvalita prezentácie riešenia rozhoduje o víťazstve v súťaži - je to súťaž modelujúca vedeckú konferenciu.
Družstvá si v samotnej súťaži za určitých pravidiel navzájom zadávajú úlohy (zo 17 schválených), striedavo prezentujú vlastné, oponujú a recenzujú súperove riešenia - je to súťaž podobajúca sa debatnému klubu. Preto je dôležité mať pri-pravené argumenty o správnosti alebo nesprávnosti konkrét-nych riešení z rôznych pohľadov. Niektoré úlohy sa v celoná-rodnom kole prezentujú povinne, niektoré dobrovoľne v anglickom jazyku - je to medzinárodná súťaž. Na zápolenie družstiev dohliada odborná porota, zložená z osobností slovenskej akademickej obce a bodovo hodnotí družstvá za ich výkony. Víťazné družstvo v celonárodnom kole postupuje do medzinárodného kola, ktoré sa striedavo uskutočňuje v rôznych krajinách.

Ako je to na Slovensku.

Možno povedať, že na Slovensku zatiaľ existuje niekoľko centier, kde má TMF dobré zázemie. Sú to predovšetkým niektoré gymnázia, kde má vyučovanie prírodovedných predmetov istú tradíciu a majú aj to šťastie, že v ich regióne je univerzita alebo vedecko - výskumné pracovisko zaoberajúce sa fyzikálnou problematikou. Na takýchto pracoviskách na Slovensku badať väčší príklon k dianiu v regióne a jeho reprezentácii, takže v budúcnosti možno rátať s oveľa užšou spoluprácou podobných pracovísk s poprednými školami regiónu - a ktorá škola by nechcela byť označená takouto visačkou ? Medzi školy, kde to už takto alebo podobne funguje a pravidelne sa zúčastňujú súťaže, možno zaradiť Gymnázium v Žiline na ulici Veľká okružná, Gymnáziá na Novohradskej a Gr(sslingovej ulici v Bratislave a aj Prvé súkromné gymnázium na Čapkovej ulici v Bratislave. Na týchto školách existuje žiacka komunita, ktorá už s napätím očakáva úlohy pre ďalší rok a následne sa tímovo púšťajú do ich riešenia. Starší odovzdávajú skúsenosti mladším, tí ochotne pomáhajú pri riešení čiastkových problémov s vedomím, že samotnej súťaže sa pravdepodobne zúčastnia ako diváci a priamo do bojov zasiahnu až v ďalších rokoch. Táto komunita do súťaže vyberá zo svojich radov skúsených reprezentantov, ktorí sa jednak zaslúžili veľkou mierou o riešenia, jednak majú predpoklady dobre obstáť v diskusii o riešeniach, ktorá je plná argumentov.
Niektoré ďalšie školy, ktoré sa už niektorý rok zúčastnili súťaže, alebo navzájom vytvorili spoločné družstvo, možno označiť ako nádejných čakateľov do prvej skupiny. U niektorých je to skutočne len otázka času, kedy takáto komunita žiakov vznikne a kedy začne fungovať odovzdávanie skúseností ďalším generáciám. Ako takéto školy možno označiť Gymnázium v Prešove, Košiciach, Bardejove, Prievidzi, Sučanoch a niektoré ďalšie.

TMF na medzinárodnej úrovni.

V tomto školskom roku sa uskutoční 12. ročník medzinárodného TMF (MTMF). Bývalé Československo patrí medzi krajiny, ktoré sa zúčastňujú medzinárodného kola od samého začiatku a bolo to často aj slovenské družstvo, ktoré nás úspešne reprezentovalo. Slovensko prevzalo túto štafetu a každoročne (s výnimkou roku 1996 - Gruzínsko) úspešne zasahuje do týchto zápolení na medzinárodnej pôde.
V minulom školskom roku medzinárodný TMF bol v nemeckom Donaueschingene, malebnom turistickom centre Schwarzwaldu. Nemeckí organizátori nič neponechali na náhodu a pripravili pre účastníkov okrem výborných podmienok pre súťaž, aj nezabudnuteľné chvíle oddychu. Veď ktorý stredoškolák by sa nechcel odviezť so skúšobným jazdcom po testovacom okruhu v pretekárskom Porsche, alebo previezť na lodi po Bodamskom jazere. Minuloročnými víťazmi MTMF sa stali naši susedia z Českej republiky (mimochodom už tretíkrát po sebe). Druhé skončilo družstvo z Nemecka a tretie družstvo z Poľska. Naše družstvo ostalo tesne pred bránami do semifinále.
Aj vďaka veľmi kvalitnému poslednému ročníku MTMF, dostáva táto súťaž nový vietor do plachiet. Prihlasuje sa stále viac účastníkov: Minulý rok to bolo 16 krajín a medzi nimi aj niektoré mimoeurópske krajiny ako napr. Austrália, Uzbekistan a Mexiko. Medzinárodné dianie okolo TMF začínajú viac ovplyvňovať západoeurópske krajiny, tým sa MTMF stáva aj bohatou spoločenskou udalosťou veľmi vhodnou pre mladé talenty v oblasti prírodných vied.
V tomto školskom roku sa podujali zorganizovať MTMF kolegovia v neďalekej Viedni. Je to pre nás aj istý záväzok, že v tomto ročníku, pri výhodnejších medzinárodných podmienkach, sa nám podarí nadviazať na naše predchádzajúce úspechy a veríme, že po kvalitnom slovenskom kole TMF naše reprezentačné družstvo uspeje aj v med-zinárodnom meradle a umiestni sa na poprednom mieste. Odborná komisia SR pre TMF preto chce zorganizovať sústredenie k tohtoročným úlohám Sústredenie sa uskutoční na MFF UK v Bratislave približne v polovici februára. Každý vážny záujemca, ale aj „zvedavec", je vítaný. Aby sme vám mohli poslať presnejšie organizačné pokyny, prosíme vás o zaslanie predbežnej nezáväznej prihlášky na toto sústredenie na adresu:
Matematicko - fyzikálna fakulta UK Bratislava (KZDF, OK TMF), Mlynská dolina F1, 842 15 Bratislava.

Zadania pre 12. ročník TMF.


1. ROTÁCIA Dlhá zvislá tyč, čiastočne ponorená do kvapaliny, sa otáča okolo svojej osi. Pre niektoré kvapaliny to spôsobí pohyb kvapaliny pri tyči smerom hore, pre iné kvapaliny pohyb smerom dolu. Vysvetli tento jav a zisti dôležité parametre, od ktorých tento jav závisí.
2. IÓNOVÝ MOTOR Elektrolyt (vodný roztok CuSO4, NaCl, a pod.) v plytkej nádobe sa v poli permanentného magnetu uvedie do rotačného pohybu (malá feritová tableta umiestnená pod nádobou). Elektrické pole sa vytvorí 1.5 V batériou tak, že jedna elektróda je tvorená vodivým prstencom ponoreným do elektrolytu, druhou je koniec drôtu umiestnený zvislo v strede prstenca. Preštuduj tento jav a nájdi možné vzťahy medzi parametrami.
3. ZÁZRAČNÝ MOTOR Zostroj jednosmerný motor bez komutátora, pomocou batérie, permanentného magnetu a cievky. Vysvetli, ako funguje.
4. MYDLOVÁ BLANA Vysvetli vznik a výzor farieb na mydlovej blane, ktorá zaujme rôzne usporiadania.
5. PUSTENÝ PAPIER Ak obdĺžnikový kus papiera pustime z výšky niekoľkých metrov, bude rotovať okolo svojej dlhšej osi a zároveň kĺzať dolu pod istým uhlom. Ako závisí tento uhol od rôznych parametrov ?
6. SPIEVAJÚCI POHÁR Keď šúchame okraj pohára, ktorý obsahuje kvapalinu, môžeme počuť tón. To isté sa deje aj v prípade, že je pohár ponorený v kvapaline. Ako závisí výška tonu od rôznych parametrov ?
7. OHRIEVANIE IHLY Ihla je zavesená na tenkom drôte. Keď k ihle priblížime magnet, ihla sa k nemu pritiahne. Po zohriatí ihly sa táto vráti do svojej pôvodnej polohy. Po chvíli bude ihla znovu pritiahnutá k magnetu. Preskúmaj tento jav, popíš jeho charakteristiky a rozhodni o dôležitých parametroch.
8. MENIČ ENERGIE Teleso hmotnosti 1 kg padá z výšky 1 m. Premeň čo najviac z uvoľnenej potenciálnej energie na elektrickú energiu a použi ju na nabitie kondenzátora s kapacitou 100 (F.
9. SUŠIČKA VZDUCHU Počas 4 minút zhromaždi čo najviac vody zo vzduchu v miestnosti. Hmotnosť zariadenia nesmie prekročiť 1 kg. Voda sa bude zhromažďovať v sklenenej skúmavke, ktorú poskytne porota.
10. NABITÝ BALÓN Vzduchom naplnený balón, trený vlnou alebo suchým papierom, môžeme "prilepiť" na strop a balón tam ostane. Preskúmaj tento jav a zmeraj rozloženie náboja na povrchu balóna.
11. BILIARD Pred začiatkom hry je na stole 15 gulí, ktoré tvoria rovnostranný trojuholník. Pri akých podmienkach spôsobí úder bielej (16-tej) gule najchaotickejšie usporiadanie?
12. MÚČNE KRÁTERY Ak pustime malý predmet do múky, jeho dopad vytvorí v múke povrchovú štruktúru, ktorá vyzerá ako mesačný kráter. Aké informácie o predmete sa dajú vydedukovať z krátera?
13. TOK PLYNU Zmeraj rozloženie rýchlosti toku plynu v a okolo plameňa sviečky. Aké závery možno vyvodiť z týchto meraní ?
14. PŠENIČNÉ VLNY Vietor, fúkajúci ponad pšeničné pole, vytvára vlny. Popíš mechanizmus tvorby vĺn a rozober parametre, ktoré určujú vlnovú dĺžku.
15. SVETLÉ BODY Svetlé body môžeme vidieť na kvapkách rosy, ak sa na ne pozeráme z rôznych uhlov. Rozober tento jav s ohľadom na počet bodov, ich umiestnenie a uhol pozorovania.
16. TEKUTÁ DIÓDA Vytvor elektrochemickú diódu a preskúmaj jej vlastnosti, hlavne frekvenčnú závislosť.
17. ZVUK Z VODY Keď zohrievame vodu v kanvici, môžeme počuť zvuk z kanvice predtým, ako začne voda vrieť. Preskúmaj a vysvetli tento jav.


Máte radi problémy ? (teda fyzikálne)

Ako vidno z predchádzajúceho textu, majú účastníci TMF o čom rozmýšľať. Aby však ani čitateľom FL nebolo ľúto, ponúkame im dva fyzikálne problémy, ktoré sú určené len pre nich.
1. Problém horúceho čaju Prvý problém sme vybrali z encyklopédie Core Concepts in Physics (spomíname ju na str. 5). V jednom z experimentov, ktoré encyklopédia predvádza, sme našli jav známy z každodenného života. Iste ste si povšimli, že keď miešate neosladený čaj (kávu, kakao, čokoládu, ...), počujete pri nárazoch lyžičky na steny porcelánového, alebo skleneného hrnčeka tón určitej výšky. Ak však vhodíme do hrnčeka niekoľko kociek cukru a miešame ďalej, výška tónu sa zmení a postupne, ako sa cukor rozpúšťa, výška tónu sa vracia k pôvodnej hodnote. Frekvencia prislúchajúca výške tónu je fyzikálny parameter a preto jav, ktorý sme práve opísali, predstavuje fyzikálny problém. Mohli by ste ho vysvetliť ?
2. Problém šmyk Na klzkej vozovke, najmä v zimnom období, sa šoféri najviac obávajú neočakávaného šmyku. Auto je v určitom okamžiku neovládateľné. Zvládnutie nepríjemnej situácie vyžaduje veľkú dávku zručnosti a niekedy aj z pekla šťastie, že nebola poruke práve žiadna prekážka. Najlepšie je opatrnou jazdou šmyku predchádzať, ale zároveň je dobré vyskúšať si na vhodnej bezpečnej ploche ako sa naše auto správa v šmyku a pokúsiť sa ho vyrovnať. Niektoré situácie si môžeme demonštrovať aj v laboratórnych podmienkach. Stačí nám autíčko-hračka (napr. angličák) a doska na vaľkanie cesta (alebo niečo podobné). Vyskúšame najprv priamu jazdu dolu kopcom - jazda po naklonenej rovine. Pokus zopakujeme so zabrzdenými prednými kolesami (zablokujeme ich pomocou gumičky, nitky a pod.). Napriek tomu, že predné kolesá sa budú šmýkať, auto sa bude pohybovať priamo dolu kopcom ako v prvom prípade. Situácia sa zmení pri zablokovaných zadných kolesách (v praxi pri použití ručnej brzdy). Auto spraví hodiny, otočí sa o 180( a zbehne zadnými kolesami napred dolu doskou. Skúste zdôvodniť správanie sa auta.
Boli by sme radi, keby ste našli vysvetlenie našich problémov. Naša radosť by bola ešte väčšia, keby ste nám ich poslali. Radi ich uverejníme.
(vk, mb)


[ Predchádzajúci článok | Úvodná strana | Nasledujúci článok ]