Kreatív fizika csapatverseny

Archívum: 1998

Előfeladatok

Építsetek naperőművet, ami a megrendelésre ragyogóan sütő Nap sugarait felhasználva 1 l vizet 1 óra alatt minél magasabb hőmérsékletre melegít. Ha valakinek esetleg határidő előtt felforr az összes vize (természetesen légköri nyomáson), akkor a leggyorsabban forraló a győztes. Azonos idők esetén a kisebb gyűjtőfelületű erőmű a nyerő. Az 1 l vízről és a hőmérőről a zsűri gondoskodik, a vizet áttölthetitek a saját rendszeretekhez tartozó tartályba.
Építsetek csapkodó szárnyú repülőt, ami vízszintes talajon, földről, kézből indítva a legtöbb ideig marad a levegőben. Csapkodó szárnyú repülő az, ami képes magát saját energiaforrása és szárnycsapkodása segítségével emelkedő, vagy legalább vízszintes pályán mozgatni. Működési elveit és terveit ismertessétek poszteren!
A messewani egyetem - ortvays és nyifffes körökben közismert - kutatója, J. B. Curcas ismét jelentős felfedezést tett: Kurt Vonnegut ,,Macskabölcső'' című regényének ötlete alapján előállította a SZUPERJEGET. Ez a közönséges jég egy olyan allotrop módosulata, amely szobahőmérsékleten és normál nyomáson stabil. A szuperjég különlegesen jól sikerült kristályszerkezete következtében (mint az a regényben vérfagyasztó részletességgel olvasható) közönséges vízzel érintkezve azt is szuperjég állapotba viszi át.
J. B. Curcas sajnos abban is követte a regény cselekményét, hogy egy óvatlan pillanatban - kezében a jelenleg rendelkezésre álló egyetlen szuperjég darabkával - hajója fedélzetéről a tengerbe zuhant.
Így nem is tudta személyesen megírni a felfedezést ismertető cikket, amely ezért hű munkatársa, Lee ben Canal tollából jelent meg [SuperNature 42, p. 137 (1998)]. Canal a cikkben szabadkozik, hogy nem szolgálhat részletes adatokkal a szuperjég fizikai tulajdonságait illetően, ugyanis a Curcas által, a tőle megszokott alapossággal elvégzett mérések eredményei a baleset időpontjában a felfedező kabátzsebében lapultak. Azt sem tudjuk tehát, hogy a szuperjég könnyebb vagy nehezebb a víznél, mekkora a hővezetőképessége, mennyi a víz-szuperjég fázisatmenet látens hője és gerjesztési energiája. A felfedező egyetlen pontos adatot ismertetett hű munkatarsával: 42 Celsius fok felett a szuperjég állapot nem létezik.
A szerkesztőségi cikkben feltett kérdésekre, mely szerint mikorra várható Curcas, vagy legalábbis az általa birtokolt információk felbukkanása, mi történt a vízbeesés után a szuperjég darabkával, az óceánnal és a Földdel, no meg úgy egyáltalán, Lee ben Canal azt válaszolta, hogy a paraméterek hatarozatlansága miatt egymaga nem vállalkozhat a lehetséges katasztrófa-forgatókönyvek részletes kidolgozására. Ezért e feladatot a szerkesztőség (a bölcs és pártatlan zsűri buzgó bólogatása mellett) a hatodik NYIFFF-re készülő csapatokra bízza. A részletes írásbeli elemzést a Szigliget felé tartó vonaton kell átnyújtani a ZBK-k képviselőjének. (Ha véletlenül sikerülne újabb szuperjég-mintadarabot előállítanotok, azt a tudományos vita lefolytatása előtt kéretik NEM beledobni a Balatonba!)
Találjatok ki egy másik (a zsűri által kijelölendő) csapat részére NYIFFF-SZERŰ FELADATOT! (Ennek definiciójáról érdeklődjetek a korábbi versenyeken részt vett csapatoktól.) A feladatokat írásban, KÉT PÉLDÁNYBAN kinyomtatva kérjük átnyújtani a zsűrinek a Szigliget felé tartó vonaton, még Balatonakarattya állomás előtt (emellett lehetőleg file-ban is adjátok át). A zsűri a feladatok minőségét, ötletességét, NYIFFF-szerűségét pontozza. Emellett természetesen további pontszerzési lehetőség is van: az egyik konkurens csapat a megoldásra, a feladatot kiadó csapat az általa elővezetett megsemmisítő bírálatra kaphat pontokat. (A feladat megfogalmázasakor lehetőleg ne használjuk a szinguláris magvú operátorok spektrálelmeletét és az algebrai topológia - szívünknek amúgy igen kedves - fogalmait. A feladat legyen véges ésszel, véges idő alatt megoldható, legalábbis nagy vonalakban, de ne legyen triviális, és ne emlékeztessen a házi feladatokra vagy az egyetemi zh-példákra sem.)

Helyi feladatok

I. Kísérleti feladatok

A kísérleti feladatokat (Papír és Helyi kísérlet) péntek reggeltől szombat délután 16:00 óráig folyamatosan lehetett bemutatni. Ez alól két feladat kivételt jelentett: a tojásejtést (Papír 1.) és a rezonanciakatasztrófát pénteken 17:00-19:00 óra között kellett közösen bemutatni. Azokat a kísérleteket, ahol jegyzőkönyvet kellett beadni, szintén be kellett mutatni szombat délután 16:00 óráig, viszont a jegyzőkönyveket elegendő volt leadni vasárnap 8:00 óráig.

a) Papír

Az első három feldathoz felhasználható a zsűri által minden csapatnak kiadott egy csomag cellux, más ragasztószert nem szabad használni. Az utolsó három feladathoz nem használható ragasztó! Vágóeszköz minden feladathoz használható. A következő eszközöket kapja minden csapat a zsűritől: 1 db zöld színű A4-es papírlap, 1 tekercs cellux szalag, 1 db üveggolyó, továbbá 1+1 tojás (egy a próbálkozásokhoz, egy a bemutatóhoz). Továbbá korlátozott mennyiségben kérhető A4-es papír is.

Készítsetek egy A4-es papírlapból (cellux használható) olyan szerkezetet, aminek segítségével egy 3 méter magasról leejtett tojás nem törik össze.
Készítsetek minél magasabb tornyot egy A4-es papírlapból (cellux használható).
Készítsetek újságpapír és cellux felhasználásával olyan 1x1x1 m-nél kisebb szerkezetet, amelyet a lehető leghosszabb, de véges idő alatt hagy el egy, a szerkezet tetején indított üveggolyó.
Hajtogassatok maximum egy A4-es papírból legmagasabbra illetve legtávolabbra ugró békát. A próbabékák után a versenybékákat a zsűri által kiadott zöld A4-es papírból készítsétek el!
Hidaljatok át 20 cm távolságot egy A4-es lapból ragasztó nélkül készült, minél nagyobb teherbírású híddal! A terheléspróbát a zsűri végzi úgy, hogy a hídon keresztben átfektetett 3 cm széles kartonpapírt fog alulról rugós erőmérővel húzni.
Készítsetek nádból minél könnyebb A4-es papírt.

b) Helyi kísérleti feladatok

Mérjétek meg a Föld görbületét minél több módszerrel, beadandó a részletes mérési jegyzőkönyv.
Állítsatok elő rezonanciakatasztrófát. (Ne a hintán, és lehetőleg maradjon teljesen ép a tábor :)
Mérjétek meg a jég törésmutatóját, beadandó a mérési jegyzőkönyv.
Készítsetek vérnyomásmérőt, és mérjétek le vele a csapat és a zsűri tagjainak vérnyomását!

II. Vita

A vitákra szombat este kilenc órakor került sor. Egy-egy órában párhuzamosan folyt a vita az 1-es és 4-es, illetve a 2-es és 3-as témákban. A vitavezetők rövid bevezetőt tartottak a viták elején. Az értékelés legfontosabb szempontja az volt, hogy az egyes csapatok képviselői mennyire aktívan vettek részt a vitában.

Témák:

Hogyan kommunikáljunk a marslakókkal?
A számítástechnika jövője
Kyborg jövő
Élet és civilizáció a Nap körül

III. Eszközök

A zsűri minden feladathoz mellékelte a feladatban szereplő eszközt.

Mágikus szélmalom
Rovátkolt rúd, a végén propellerrel. Egy másik rudat húzogatunk rajta, mire a propeller mindkét irányban képes forogni. Hogyan lehet ezt szabályozni? Magyarázzuk meg a jelenséget!
Harcsafogó
Hogyan működik a kuttyogtatófa, amivel a nagy hohoho-horgász az öreg harcsát szokta hívni? Hogyan üssük jól a vizet?
Pánsíp
Hogyan működik a sörösüveg-pánsíp?
Gyűrű a gyűrűn
Egy gyűrű alakú gumicsőre ráfűzött kisebb gyűrűket ügyesen megpörgetve azok pörögve haladnak lefelé (ill. a nagy gyűrű visszafelé forgatásával egy helyben tarthatók). Írjuk le a kis gyűrűk mozgását! Mi határozza meg a haladás és a forgás sebességét? Mi történik, ha egy lassabb és egy gyorsabb gyűrű ütközik?
Kaotikus labdák
A kapott labdákat indítsuk el úgy a (táborban található) lépcső tetején, hogy azok pattogva haladjanak lefelé. Vizsgáljuk meg kantitatíven is a labdák mozgásának kaotikusságát (pl. mérjünk Ljapunov-exponenseket)! Hogyan függ ez a labda rugalmasságától, méretétől?
Vízhullám-fókuszálás
A kapott kör alakú dobozba töltsetek vizet. A cél az, hogy a vízfelszín egyik pontján hullámokat keltve idézzetek elő minél nagyobb (természetesen a keltő hulláménál nagyobb) amplitúdójú hullámot a vízfelszín egy adott pontján. (A két amplitúdó aránya számít!) Ehhez felhasználhatóak a mellékelt csavarok, az edény aljára állítva. Az egyes csavar-elrendezések hatását vizsgáljátok meg elméletileg és kísérletileg is!
Fejreálló pörgettyű
A kapott pörgettyűt forgassátok meg gyorsan úgy, hogy a kiálló pöcök függőlegesen felfelé mutasson. Mozgás során azonban a pörgettyű fejre áll, azaz a pöckön fog pörögni, holott a súlypontja pont ebben a helyzetben van a legmagasabban. Magyarázzátok meg a pörgettyű mozgását!
Bumeráng
A kapott bumerángot próbáljátok sokféleképpen eldobni. Mikor jön vissza a bumeráng? Ha visszajön, miért is jön vissza?
Véletlenszám-generátor
A mellékelt programozható zsebszámológép beépített véletlenszám-generátorának felhasználása nélkül állítsatok elő pszeudo-véletlenszám-generátort úgy, hogy
a) a felhasználható műveletek: a négy alapművelet, egészrészképzés és a programozási billentyűk. Cél: egyenletes eloszlású egész számok generálása a 0-65535 intervallumban.
b) a felhsználható billentyűk: minden, kivéve az RND gomb. Cél: a lehető legrövidebb programmal egyenletes eloszlású valós számok generálása a [0,1] intervallumban.
Vizsgáljátok meg kvantitatíven a kapott számsorozatok véletlen jellegét! Adjátok be írásban a programok folyamatábráját is!
G-mérés kötéllel
Feszítsétek ki a kapott kötelet úgy, hogy kicsi legyen a belógása. Dinamikus módszerrel mérjétek meg a nehézségi gyorsulás nagyságát!

IV. Fő feladatok

Szörnyű esemény történt tegnap este a Szabadalmi Hivatalban: Egykő Albert szabadalmi ügyeket bíráló hivatalnokot be kellett szállítani az Elmegyógyintézetbe vizsgálatra. A takarítónő, aki rátalált szegény Egykő Albert hivatalnokra, miközben az zavart tekintettel kóválygott szobájában, azt állította, hogy az íróasztalon csak két papírdarab hevert, az egyik egy saját kézzel írt rövid levél volt, melyben ez állt:
,,Elviselhetetlen számomra, hogy már két örökmozgó is van, amiről nem tudom bebizonyítani, hogy nem működhet. Az első, a vízikerekes még csak-csak hagyján, de ez a második, a félig olajba merülő töltés-kerék... Azt hiszem, beleőrülök...''
A másik papíron egy szabadalmi leírás volt olvasható:
Szabadalmi leírás
egy örökmozgóról, melyet elektrosztatikus erők hajtanak
Dr. Ivan Schockadtud
Perpetuum Mobile Telefontársaság

A szerkezet leírása a következő: egy vízszintes tengely körül forgatható kerékagyra négy darab r hosszúságú küllőt szerelünk úgy, hogy a szomszédos küllők között a távolság ugyanakkora legyen (ld. ábra). Mindegyik küllő végére +q töltésű ponttöltést erősítünk. A szerkezetet e_r relatív dielektromos állandójú közegbe (pl. olajba, e_r = 2,2) merítjük úgy, hogy a forgástengely éppen a levegő és olaj határára essen. A forgástengelytől d > r távolságnyira, pontosan a közeghatárra elhelyezünk egy -Q ponttöltést.

Az nyilvánvaló, hogy a levegőben lévő +q töltéseket a -Q töltés e_r-szer erősebben fogja vonzani, mint az olajba merülő +q töltéseket, így a kerék folyamatosan forogni fog az óramutató járásával megegyező irányban.
Legfrissebb jelentésünk: az orvosok szerint Egykő Albert állapota javul, de igazán csak akkor várható a teljes felgyógyulása, ha valaki meg tudná magyarázni neki, hogy valamilyen ,,olajos lébe merülő szerkezet'' miért nem tud örökké forogni.
Segítsünk Egykő Albertnek a gyógyulásban, fejtsük meg az örökmozgó titkát!
Mindannyian tapasztaltuk, hogy a 7-es buszok [Budapesten] konvojban járnak. Mi okozza a jelenséget? Próbáljatok meg olyan egyszerű modellt konstruálni, ami már számot tud adni a konvojok kialakulásáról.
Egy ügyes hajómérnök a következő ötlettel állt elő: a hajótesben van egy tórusz alakú tartály, és egy bizonyos szintig vízzel van töltve, a többi térfogatát levegő tölti ki (az ábrán a hajó sematikus keresztmetszete látható). Az a feladata, hogy a hajót oldalról lökdöső hullámok nehogy felborítsák a hajót annak rezonáns billegési frekvenciája közelében. Működhet ez a szerkezet egyáltalán? Ha igen, akkor hogyan, és hogyan kell méretezni? Milyen alakúra érdemes készíteni? Milyen hullámok ellen jelent védelmet?

(Nem jött el az a csapat, amelyik megkapta ezt a feladatot, ezért a következő évben ismét kitűzte a zsűri a feladatot.)
Becsüljük meg a határozatlansági reláció figyelembevételével, hogy legfeljebb mennyi ideig maradhat állva egy ceruza!
Kilyukasztunk egy végtelen sík szappanhártyát. Milyen gyorsan terjed benne a lyuk? A kapott eredményből becsüljük meg, hogy mennyi idő alatt pukkan szét egy szappanbuborék!
Felfüggesztünk a szobában egy mechanikus zsebórát, valamilyen hoszszúságú fonálon, mint egy ingát. Meglökjük, hogy lengjen abban a síkban, amelyben a fogaskerekei is mozognak. Befolyásolja-e az óra járását a lengetés, ha igen, akkor hogyan?
Egy hőtartályba helyezett hengerben két ütköző között dugattyú mozoghat súrlódás nélkül. A dugattyún kis lyuk van.

A hengerbe egyetlen atomot helyezünk el. A hőmozgás következtében az atom a dugattyút áttolja a távolabbi ütközőig, ezzel elmozdítva a dugattyúhoz rögzített, csigán átvetett kötélen lógó súlyokat. A súlyok súrlódó áttételen keresztül hasznos munkát végezhetnek. Bizonyos idő múlva az atom a dugattyú lyukán átkerül a kisebbik térrészbe, és elkezdi visszalökdösni a dugattyút. Ezután a folyamat periodikusan ismétlődik. A szerkezet segítségével egyetlen hőtartály felhasználásával mechanikai munkát végeztünk. Mit szól ehhez a termodinamika II. főtétele?
Két teljesen egyforma űrhajó lebeg az űrben egymástól 1km távolságra. A nyugalmi rendszerükben mért t=0 időpillanatban minkettő bekapcsolja hajtóművét, majd sajátidőben mért egy év elteltével kikapcsolja. A hajtóművek a két űrhajót összekötő egyenes mentén azonos irányba, g gyorsulással mozgatják az űrhajókat (az űrhajókra a hajtóművek konstans mg erőt fejtenek ki, ahol m egy űrhajó tömege) .
Vizsgáljuk meg az űrhajók távolságának változását az idő függvényében a nyugalmi rendszerből (amelyikben az űrhajók kezdetben álltak) és az űrhajók saját rendszeréből nézve is.
Mi a helyzet a Lorentz-kontrakcióval és az Einstein-féle ekvivalencia elvvel?
Egy tartályba egyforma mennyiségű szabad N-14 és N-15 atomot teszünk. Határozzuk meg a kialakuló nitrogén gázban a különböző izotóp összetételű molekulák arányát! Végezzük el a számolást piros és kék golyók keverékéből összeálló ,,kétatomos molekulák'' esetén is!

Résztvevők, eredmény

1.	adfgp [ELTE]	658 pont
	Ágoston Gábor, Horváth Péter, Kormányos Andor, Mizera Ferenc, Varga Dezső
2.	Szmöttyögő Nyetenye Retve-Trutymensen Smurfácolva [ELTE]	628 pont
	Balázs Márton, Csikor Ferenc, Fekete Attila, Németh Gábor, Németh Zoltán Ádám
3.	Ketteske [BME]	393 pont
	Csizmadia László, Csonka Szabolcs, Fazekas Péter, Horváth Péter, Mihálffy Tamás
4.	SZOT [ELTE]	383 pont
	Király Andrea, Koniorczyk Mátyás, Kurucz Zoltán, Marik Dániel, Varga Tamás
5.	Mi legyünk (?) [KLTE]	380 pont
	Görgenyi-Tóth Pál, Jakab Viktória Mária, Makonyi Károly, Tóth Imre Péter, Veszprémi Viktor
6.	Diszkrét mosoly [ELTE]	370 pont
	Puskás Zsolt, Szalai Ferenc Attila, Vukics András, Wágner Ferenc, Zimborás Zoltán
7.	Tizenketteske [BME]	306 pont
	Fazekas Katalin, Heringer Dávid, Lucz Péter, Nagy Szilvia, Szabó Gábor
8.	Mindennek van határa [ELTE]	298 pont
	Gröller Ákos, Józsa Gergely, Mátravölgyi Orsolya, Sárai Tamás, Varga Erzsébet
9.	Elsőrendig sörbefejtők gömbi pohárban [JATE]	98 pont
	Apai Dániel, Csecsei István Tamás, Görbe Mihály, Untener Kornél, Untener Olivér

Zsűri

Dávid Gyula, Farkas Zénó, Jurányi Fanni, Katz Sándor, Mészáros Attila, Veres Gábor

Szervezők

József Edit, Tábor Renáta

Szurkolók

Bihari Csilla, Diószeghy Zoltán, Major Márton, Nagy Colette, Pallinger Ágnes, Pósfai Zoltán, Schmidt Gábor, Tóth Gábor

További anyagok

Részletes eredmény