Annotated problems for IYPT 2012

1. Gaussian cannon: A chain of identical steel balls and a strong magnet (somewhere

in the chain) are lying in a nonmagnetic channel. A further steel ball rolls slowly towards the chain and collides. The last outgoing ball in the chain is shot away faster, than you would imagine. Optimize the magnet’s position for the largest effect.
Това е модификация на Нютоновото махало с добавен магнит. Ефектът може да бъде наблюдаван лесно с няколко лагерни сачми и магнит поставени върху някакъв улей, а и в YouTube може да се намерят клипове, демонстриращи феномена. Помислете къде трябва да е магнита, така че идващата сачма да се привлича най-силно, а отлитащата да се забавя най-малко.

2. Cutting through the air: When a piece of thread (e.g., nylon) with a light mass attached at its end is whirled in the air, a distinct noise is emitted. Study the origin of this noise and relevant parameters.
3. Chain of beads: A long chain of beads is released from a beaker by pulling a sufficient long part of the chain over the edge of the beaker. Due to gravity the speed of the chain increases. At a certain moment the chain does not touch the edge of the beaker any more (see picture). Investigate and explain the phenomenon.

4. Fluid bridge: If high voltage is applied to a fluid (e.g. water) in two beakers, which

are in contact, a fluid bridge can be formed. Investigate the phenomenon.
Ще са ви нужни 20-30 kV, така че бъдете с повишено внимание и извършвайте експерименти само в присъствието на учител.

5. Bright waves: Illuminate a water tank. When there are waves on the water surface,

you can see bright-dark patterns on the bottom of the tank. Study the relation between the waves and the pattern.

6. Woodpecker toy: A woodpecker toy (see picture) exhibits an oscillatory motion. Investigate and explain the motion of the toy.
Не е нужно да търсите такава играчка по магазините - можете и сами да си я направите. Можете да видите "кълвача" в действие напр. на:

и даже опит за компютърна симулация на: .

7. Drawing pins: A drawing pin floating on the surface of water near a similar floating

object is subject to an attractive force. Investigate and explain the phenomenon. Is it possible to achieve a repulsive force as well?
Кабърчетата ви ще се задържат лесно на повърхността на водата без да потънат ако ги сложите първо върху малко парче хартия и после поставите хартията внимателно върху водната повърхност.

8. Bubbles: Is it possible to float on water, when there are large amounts of bubbles?

Study how the floating of the body depends on the bubbles.
Архимедовата сила може би ще е по-малка когато има мехурчета, но пък един поток от издигащи се мехурчета би увличал нагоре едно потъващо тяло. Кой ли от ефектите ще надделява при различните условия?

9. Magnet and coin: Put a coin vertically on a magnet. Incline the coin and then release it. The coin may fall down onto the magnet or reconvert to its vertical position. Study and explain the coin’s motion.

Помислете/изследвайте какво би се получило ако "монетата" е направена от различни материали...

10. Rocking bottle: Fill a water bottle with some liquid. Lay it down on a horizontal

plane and give it a kick. The bottle may move forward and then oscillate before it comes to a full stop. Investigate the motion of the bottle.
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. Investigate the flow in such a cell, if a different liquid is injected through the hole.
Заслужава си да направите опита като инжектирате оцветена течност с различен визкозитет и повърхностно напрежение. Би трябвало да видите интересни картини...

12. Lanterns: Paper lanterns float using a candle. Design and make a lantern using

a single tea-light to take the shortest possible time (from lighting the candle) to float up a vertical height of 2.5m. Investigate the influence of the various parameters.
Лесно ще откриете в Интернет как изглеждат "Kong Ming Lanterns". Фенер с малък обем ще се нагрее по-бързо, а фенер с голям обем ще има по-голяма подемна сила -- къде е оптималния баланс между двата ефекта? Какво още може да се оптимизира?

13. Misty glass: Blow on a cold glass with your mouth so that water mist condenses

on the glass surface. Look at a white lamp through the misty glass, you can see dim colourful rings appear outside the central fuzzy white spot. Explain the phenomenon.
14. Granular jets: When a marble or ball bearing is dropped onto a bed of fine, loose

sand there will be a broad splash of sand at impact and, after the marble has

penetrated deeply into the bed, a tall jet of granular material that shoots up vertically. How are these jets formed and what keeps them so collimated?

15. Frustrating golf ball: It often happens that a ball (e.g. a golf ball) escapes from a

cylindrical hole an instant after it has peen putted in. Explain this phenomenon and investigate the conditions under which it can be observed.
16. Rising bubble: A vertical tube is filled with a viscous fluid. On the bottom of the

tube, there is a large air bubble. Study the bubble rising from the bottom to the surface.
В сравнително тясна тръба напълнена с течност с голям вискозитет наблюдавайте как мехурчето си "проправя " път и какво е движението на флуида около него...

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. Investigate the ball’s motion

as a function of the relevant parameters.