IYPT-Aufgaben - Rombach und Jacobi, Esslingen

Aufgaben für das International Young Physicists‘ Tournament (IYPT), den „Physik-Weltcup“ 2012
Problem 1: Gaussian cannon
A sequence of identical steel balls includes a strong magnet and
lies in a nonmagnetic channel. Another steel ball is rolled towards
them and collides with the end ball. The ball at the opposite end of
the sequence is ejected at a surprisingly high velocity.
Aufgabe 1: Gauss‘sche-Kanone
In eine Reihe von identischen Stahlkugeln wird ein Magnet eingebracht. Rollt nun vom einen Ende eine weitere Stahlkugel auf diese
Anordnung, so schießt die Kugel am anderen Ende mit überraschend hoher Geschwindigkeit weg.
Optimize the magnet's position for the greatest effect
Optimiere die Position des Magneten, um den größtmöglichen Effekt zu erreichen.
Problem 2: Cutting the air
When a piece of thread (e.g., nylon) is whirled around with a small
mass attached to its free end, a distinct noise is emitted. Study the
origin of this noise and the relevant parameters.
Aufgabe 2: Luft schneiden
Wenn eine kleine Masse an einem Faden durch die Luft gewirbelt
wird, entsteht ein charakteristischer Ton.
Problem 3: String of beads
A long string of beads is released from a beaker by pulling a sufficiently long part of the chain over the edge of the beaker. Due to
gravity the speed of the string increases. At a certain moment the
string no longer touches the edge of the beaker (see picture).
Aufgabe 3: Perlenkette
Das Ende einer langen Perlenkette, die sich in einem Behälter befindet, wird über den Rand des Behälters gezogen. Aufgrund der
Gravitation fällt die Kette mit größer werdender Geschwindigkeit
aus dem Behälter und verlässt sogar dessen Rand.
Investigate and explain the phenomenon.
Untersuche und erkläre das Phänomen
Untersuche die Ursache des Geräusches und alle relevanten
Parameter.
Problem 4: Fluid bridge
If a high voltage is applied to a fluid (e.g. deionized water) in two
beakers, which are in contact, a fluid bridge may be formed.
Investigate the phenomenon. (High voltages must only be used
under appropriate supervision - check local rules.)
Problem 5: Bright waves
Illuminate a water tank. When there are waves on the water surface, you can see bright and dark patterns on the bottom of the
tank.
Aufgabe 4: Wasserbrücke
Wenn Hochspannung an eine Flüssigkeit (z.B. Wasser) angelegt
wird, die sich in zwei separaten Behältern befindet, so kann sich
zwischen diesen eine Brücke bilden.
Untersuche das Phänomen.
Aufgabe 5: Helle Wellen
Beleuchte einen Wassertank. Wellen auf der Oberfläche verursachen helle und dunkle Muster auf dem Boden des Tanks.
Untersuche die Beziehung zwischen Wellen und Mustern
Study the relation between the waves and the pattern.
Problem 6: Woodpecker toy
A woodpecker toy (see picture) exhibits an oscillatory motion.
Investigate and explain the motion of the toy.
Aufgabe 6: Der pickende Specht
Ein „pickender Specht” bewegt sich gleichmäßig vor und zurück,
wenn er abwärts gleitet.
Untersuche und erkläre die Bewegung.
Problem 7: Drawing pins
A drawing pin (thumbtack) floating on the surface of water near
another floating object is subject to an attractive force.
Aufgabe 7: Reißnägel
Treibt ein Reißnagel neben einem anderen Objekt auf einer Wasseroberfläche, so wirkt eine anziehende Kraft zwischen beiden.
Investigate and explain the phenomenon. Is it possible to achieve a
repulsive force by a similar mechanism?
Untersuche und erkläre das Phänomen. Kann so auch eine abstoßende Kraft beobachtet werden?
Problem 8: Bubbles
Is it possible to float on water when there are a large number of
bubbles present?
Aufgabe 8: Blasen
Kann man in Wasser schwimmen, wenn sich darin viele Blasen
befinden?
Study how the buoyancy of an object depends on the presence of
bubbles.
Untersuche, wie der Auftrieb verschiedener Objekte mit den Luftblasen zusammenhängt.
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Problem 9: Magnet and coin
Place a coin vertically on a magnet. Incline the coin relative to the
magnet and then release it. The coin may fall down onto the magnet or revert to its vertical position.
Aufgabe 9: Magnet und Münze
Stelle eine Münze mit ihrem Rand auf einen Magneten. Kippe sie
um und lasse los. Manchmal fällt sie um; manchmal richtet sie sich
wieder auf.
Study and explain the coin's motion.
Untersuche und erkläre die Bewegung der Münze.
Problem 10: Rocking bottle
Fill a bottle with some liquid. Lay it down on a horizontal surface
and give it a push. The bottle may first move forward and then oscillate before it comes to rest.
Aufgabe 10: Schaukelnde Flasche
Fülle Flüssigkeit in eine Flasche. Lege sie auf die Seite und schlage
dagegen. Es ist möglich, dass die Flasche sich zunächst vorwärts
bewegt, dann schwingt und schließlich zum Stehen kommt.
Investigate the bottle's motion.
Untersuche die Bewegung der Flasche.
Problem 11: Flat flow
Fill a thin gap between two large transparent horizontal parallel
plates with a liquid and make a little hole in the centre of one of the
plates.
Aufgabe 11: Ebener Fluss
Fülle einen schmalen Zwischenraum zwischen zwei transparente,
horizontale Platten mit einer Flüssigkeit. Durch ein mittiges Loch
wird eine andere Flüssigkeit injiziert.
Investigate the flow in such a cell, if a different liquid is injected
through the hole.
Untersuche den Fluss innerhalb der Zelle.
Problem 12: Lanterns
Paper lanterns float using a candle. Design and make a lantern
powered by a single tea-light that takes the shortest time (from
lighting the candle) to float up a vertical height of 2.5 m.
Aufgabe 12: Laternen
Papierlaternen steigen mithilfe einer brennenden Kerze auf. Entwerfe und konstruiere eine Laterne, die mit einem einzelnen Teelicht angetrieben wird und in möglichst kurzer Zeit eine Höhe von
2,5 Meter erreicht.
Investigate the influence of the relevant parameters. (Please take
care not to create a risk of fire!)
Untersuche den Einfluss der relevanten Parameter.
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Problem 13: Misty glass
Breathe on a cold glass surface so that water vapour condenses
on it. Look at a white lamp through the misted glass and you will
see coloured rings appear outside a central fuzzy white spot.
Aufgabe 13: Beschlagenes Glass
Hauche auf eine kalte Glasscheibe, sodass der Dampf darauf kondensiert. Betrachte das beschlagene Glas unter weißem Licht, und
du wirst farbige Ringe um einen unscharfen weißen Fleck sehen.
Explain the phenomenon.
Erkläre das Phänomen.
Problem 14: Granular splash
If a steel ball is dropped onto a bed of dry sand, a "splash" will be
observed that may be followed by the ejection of a vertical column of sand.
Aufgabe 14: Granulat-Spritzer
Wenn eine Stahlkugel auf trockenen Sand fällt, kann der Einschlag
kurzzeitig eine vertikale Säule aus Sand auslösen.
Reproduziere und erkläre das Phänomen.
Reproduce and explain this phenomenon.
Problem 15: Frustrating golf ball
It often happens that a golf ball escapes from the hole an instant
after it has been putted into it.
Explain this phenomenon and investigate the conditions under
which it can be observed.
Aufgabe 15: Golfball
Beim Golfen kann man des Öfteren beobachten, dass ein Golfball –
unmittelbar, nachdem er ins Loch geschlagen wurde – wieder entwischt.
Erkläre das Phänomen und untersuche die Bedingungen, unter denen es beobachtet werden kann.
Problem 16: Rising bubble
A vertical tube is filled with a viscous fluid. On the bottom of the
tube, there is a large air bubble.
Aufgabe 16: Aufsteigende Blase
Ein vertikales Rohr ist mit einer zähflüssigen Flüssigkeit gefüllt. Am
unteren Ende des Rohrs befindet sich eine große Luftblase.
Study the bubble rising from the bottom to the surface.
Untersuche, wie die Blase vom Boden zur Oberfläche aufsteigt.
Problem 17: Ball in foam
A small, light ball is placed inside soap foam. The size of the ball
should be comparable to the size of the foam bubbles.
Aufgabe 17: Kugel in Schaum
Ein kleiner, leichter Ball befindet sich in Schaum (Die Größe des Balles sollte im Bereich der Schaumblasen liegen).
Investigate the ball's motion as a function of the relevant parameters.
Untersuche die Bewegung der Kugel in Abhängigkeit von den relevanten Parametern.
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