27. októbra 2021
fyzikalna sutaz

Ako sa súťaží vo fyzike?

Volám sa Michal Varšányi a tento rok som spolu s kapitánkou Veronikou Ucekajovou, Karolínou Jedinou, Danielou Vasiľovou a Ninou Nevláčilovou vybojoval zlatú medailu a prvé miesto na medzinárodnej súťaži Turnaj mladých fyzikov. Rád by som vám predstavil princíp tejto súťaže, ktorá je úplne odlišná od klasických fyzikálnych súťaží, ktoré sú bežne o počítaní ťažkých príkladov. Turnaj mladých fyzikov sa dá vnímať skôr ako medzinárodná súťaž v aplikovanej fyzike.

Ako to vlastne celé funguje? Príprava na turnaj trvá celý kalendárny rok. Vždy po skončení predchádzajúceho ročníka súťaže sa zverejní zoznam 17 problémov. Zverejnené témy sú z mnohých oblastí fyziky, či už to je mechanika, elektromagnetizmus alebo hydrodynamika. Týka sa fenoménov, ktoré sú zvyčajne málo preskúmané, no ľahko pozorovateľné v bežnom živote. Každý účastník vypracuje približne 2 až 3 úlohy, ktoré je pripravený odprezentovať a obhájiť pred medzinárodnou porotou. Tá je zložená z profesionálnych vedcov, oponentov a recenzentov z ostatných tímov. Postupu na medzinárodný turnaj, ktorý sa každý rok koná v inej krajine, predchádza regionálne, celoštátne a výberové kolo. Medzi každoročných účastníkov kola patria bežne okrem európskych krajín aj Singapur, Irán, Čína či Gruzínsko.

Práca na problémoch

Mnoho času v príprave na turnaj je potrebné venovať práve konštrukcii experimentov a získavaniu dát.  Najprv je potrebné  vytvoriť hypotézu, podľa ktorej sa určí, aké experimenty sú relevantné a čo vlastne budeme merať. Ak chce mať účastník reprodukovateľné výsledky, mnohokrát si musí sám postaviť dosť zložitý prístroj. Keď už sú všetky výsledky z experimentov k dispozícii, na rad prichádza druhá časť práce – teória. Prezentácia musí obsahovať jednak kvalitatívny opis vo forme základného vysvetlenia fenoménu spojeného s rôznymi simuláciami, ako aj kvantitatívny opis pomocou matematiky v podobe fyzikálnych vzorcov. Zo všetkých poznatkov sa potom vypracuje finálna prezentácia. Na súťaži sú 3 role: reportér (prezentuje prezentáciu), oponent (oponuje prezentáciu a snaží sa poukázať na jej nedostatky) a recenzent (zhodnotí prácu reportéra aj oponenta a vyzdvihne kľúčové body oboch prístupov). V každom súťažnom kole – fyzboji – má tím všetky 3 role.

Prezentácia výsledkov. Zdroj: autor.
Prezentácia výsledkov. Zdroj: autor.

Dynamika guľôčky

Jeden z problémov, ktoré som tento rok riešil a prezentoval v celosvetovom finále, bola úloha s názvom Bead Dynamics (Dynamika guľôčky). Zadanie úlohy znelo takto:

Kruhová obruč rotuje okolo vertikálnej osi. Malá guľôčka sa môže kotúľať v drážke na vnútornej strane obruče. Preskúmajte relevantné parametre, ktoré ovplyvňujú dynamiku guľôčky.

Na preskúmanie a popísanie tohto fenoménu bolo potrebné zostrojiť prístroj, ktorý točil prstencom s možnosťou meniteľnej rýchlosti. Na kovovom ramene mal pripevnenú kameru so svetlom, ktorá snímala pohyb guľôčky. Zároveň bolo potrebné postaviť aj optickú bránu, ktorá zisťovala rýchlosť otáčania. Celý prístroj sa dal ovládať na diaľku pomocou počítača.

Experiment s guľôčkou.
Experiment s guľôčkou. Zdroj: autor.

Pri riešení tejto úlohy som vychádzal z faktu, že na pohybujúcu sa guľôčku pôsobia súčasne 3 hlavné sily: gravitačná (ťahá guličku nadol), odstredivá (ťahá guličku von z prstenca) a normálová (sila od kruhu na guľôčku).  Samozrejme, na guľôčku majú vplyv aj rôzne odporové sily, avšak tým sa v tomto článku nebudem detailne venovať. Je známe, že keď sa všetky sily dostanú do rovnováhy, výslednica síl bude nulová a guľôčka sa môže ustáliť. Keď prstenec s guľôčkou roztočíme, odstredivá sila začne guľôčku ťahať do strany a rovnovážny stav sa posunie smerom od osi otáčania. Pri popisovaní fenoménu som sa sústredil na merania, pod akým uhlom a pri akej rýchlosti sa guľôčka ustáli a aký pohyb vykonáva okolo tohto bodu. Správanie guľôčky bolo potrebné vysvetliť a detailne popísať.

Bez pomoci by to nešlo

Ako asi tušíte, celá súťaž si vyžaduje enormné množstvo práce a pomoci. Chcel by som teda spomenúť ľudí, ktorí nám počas príprav a celého turnaja pomáhali. Vždy nám ochotne asistovali bývalí študenti našich stredných škôl, ktorí už dnes študujú na univerzitách po celom svete: Bohdan Gliševič, Jakub Šťavina, Tereza Zuskinová a Richard Rippel. Za odbornú prípravu chcem poďakovať pánovi Františkovi Kundracikovi, Mariánovi Kirešovi, Martinovi Pleschovi, Danielovi Nagajovi, Martinovi Gažovi a Natálii Ružičkovej. Zároveň chcem ešte poďakovať STU a Duálnej Akadémii za výrobu špeciálnych súčiastok. Bez pomoci týchto ľudí a ich cenných rád by sme tento úspech nedosiahli.

[Michal]

Pridaj komentár