A szöveg csak Firefox böngészőben jelenik meg helyesen. Használja a fenti PDF file-ra mutató link-et a letöltésre. Beszámoló a 4. Európai Fizikai Diákolimpiáról
A 4. Európai Fizikai Diákolimpia (EuPhO) az eredeti tervek szerint Szatmárnémetiben (Romániában) került volna megrendezésre, a verseny azonban a COVID-19 járvány miatt májusban elmaradt. Helyette 2020. július 20. és 26. között a verseny nemzetközi bizottsága egy online versenyt rendezett. A versenyen 30 európai és 24 Európán kívüli ország összesen 258 diákja vett részt. A versenyzők a legtöbb országban egy helyen, tanári felügyelettel írták meg a dolgozatokat, amelyeket beszedés után beszkenneltek, és elküldtek a verseny szervezőinek, akik azt a szokásos módon kijavították. A verseny tisztasága érdekében az egész folyamatot (dolgozatírás, szkennelés) videón közvetíteni kellett.
Az online forma semmilyen nehézséget nem jelentett az elméleti fordulóban, viszont nagyon nehézzé tette a mérési forduló megrendezését. A verseny szervezői azonban ‐ nagyon helyesen ‐ nem akartak lemondani a mérésekről. Először az volt az elképzelés, hogy a méréshez szükséges egyszerű eszközök listáját előre megadják, és azokat minden ország beszerzi, illetve a versenyre a szervezők által összeállított csomagokat már korábban elküldik a résztvevő országoknak. Egyik megoldás se problémátlan, és végül az idő is kevés volt. Végül ‐ kompromisszumként ‐ számítógépen szimulált méréseket kellett a versenyzőknek elvégezniük és kiértékelniük. Ily módon persze kimarad a mérési elrendezés összeállítása, a sokszor kézügyességet is igénylő beállítás, a minél pontosabb leolvasás. Ugyanakkor a modern mérések ‐ nem online esetben is ‐ egyre inkább számítógép segítségével történnek, ahol a mostani versenyhez hasonlóan billentyűzet segítségével kell beállítani a mérés paramétereit, az eredményeket pedig egy adatfájl formájában lehet megkapni. Tehát valójában a fő különbség csak az volt, hogy most a bevitt adatok nem egy valódi eszköz beállításai, hanem egy szoftveres szimuláció paraméterei voltak. A szervezők arra is figyeltek, hogy a program ‐ a valódi mérésekhez hasonlóan ‐ az eredményeket egy véletlen hibával kicsit ,,elrontsa''.
A moderáció, a javítók által adott pontok esetleges megnövelése (amelyet az EuPhO-n nem a csapatvezetők, hanem a diákok maguk végeznek el), valamint az eredményhirdetés szintén online történt. A szociális programok, kirándulások és a személyes találkozások viszont sajnos elmaradtak. A verseny abszolút győztese, az indonéz Peter Addison Sadhani a maximális 50 pontból 40-et ért el, a legjobb európai versenyző (és egyben abszolút második) a szerb Bogdan Rajkov lett 38,5 ponttal. Az aranyéremhez 26 pontot kellett elérni, ezt 27 diák (közülük 14 hivatalos európai induló) érte el. Ezen kívül 49 ezüstérmet, 59 bronzérmet és 40 dicséretet osztottak ki.
A magyar csapatot a 2020. június 2-3-án megrendezett ‐ szintén online ‐ Kunfalvi-versenyen válogattuk ki, minden diák a saját otthonában dolgozott. (Az eredeti márciusi időpontban a versenyt nem lehetett megtartani. A válogatóverseny feladatait a szeptemberi számban ismertettük.) Az EuPhO-n résztvevő csapat és eredményeik:
Bokor Endre (Budapesti Fazekas Mihály Gyakorló Általános Iskola és Gimnázium, 11. oszt.) ezüstérem (17,9 pont), felkészítő tanára: Schramek Anikó;
Pácsonyi Péter (Zalaegerszegi Zrínyi Miklós Gimnázium, 12. oszt.) bronzérem (16,1 pont), felkészítő tanára: Pálovics Róbert;
Fajszi Bulcsú (Budapesti Fazekas Mihály Gyakorló Általános Iskola és Gimnázium, 12. oszt.) bronzérem (15,6 pont), felkészítő tanára: Horváth Gábor;
Marozsák Tádé (Óbudai Árpád Gimnázium, 12. oszt.) dicséret (9,3 pont), felkészítő tanára: Gärtner István;
Jánosik Áron (Révai Miklós Gimnázium és Kollégium, 12. oszt.) (8,1 pont), felkészítő tanára: Juhász Zoltán.
A magyar csapat vezetője Szász Krisztián volt, a feladatokat a versenynapok reggelén Vankó Péter fordította le magyarra, Vigh Máté pedig a versenybizottságban, valamint az első elméleti feladat szerzőjeként képviselte hazánkat. Az alábbiakban közöljük az elméleti forduló feladatait és a kísérletek rövid ismertetését, az eredeti, teljes angol feladatszövegek és a megoldások a verseny honlapján érhetők el: https://eupho.ee/eupho-2020/.
1. Szolenoid és hurok. Egy sugarú, zárt, kör alakú hurok egy ideális, elektromotoros erejű telepből és egy ellenállású huzalból áll. Egy hosszú, vékony, légmagos szolenoidot a hurok tengelyébe helyezünk ( tengely). A szolenoid hossza , keresztmetszetének területe (), a menetek száma . A szolenoidon egy ideális áramforrásból állandó áram folyik.
Az áramok iránya a szolenoidban és a hurokban megegyezik (az 1. ábrán az óramutató járásával megegyező).
| Határozd meg azt az erőt, amely a szolenoidra hat, amikor annak elülső végét a hurok középpontjába helyezzük! Mekkora erő hat a szolenoidra, amikor annak hátsó vége van a hurok középpontjában? |
| Most tegyük fel, hogy a szolenoid állandó sebességgel lassan mozog a tengely mentén, a huroktól nagyon nagy távolságból indulva áthalad annak középpontján, és továbbhalad jobbra a pozitív irányba. Ábrázold a hurkon átfolyó áramot az idő függvényében! A grafikonon jelöld be a fontos jellemzőket és értékeket. A sebesség olyan kicsi, hogy a hurok önindukcióját elhanyagolhatjuk. |
2. Mechanikai gyorsító. Egy elhanyagolható tömegű fonál -szer van feltekerve egy álló helyzetben rögzített hengerre, ahogy a 2. ábrán látható. Kezdetben a fonál szabad (feltekeretlen) végei párhuzamosak az tengellyel. Ekkor egy súlyos, pontszerű testet rögzítünk a fonál egyik végéhez, a fonál másik végét pedig állandó sebességgel húzzuk az tengely mentén. Határozd meg a súlyos test maximális sebességét!
A fonál nyújthatatlan és hajlékony. Tegyük fel, hogy a fonál menetei szorosan egymás mellé vannak tekerve, és lényegében egy, a henger tengelyére merőleges síkban helyezkednek el. Hanyagolj el minden súrlódást. A gravitációs erőt ne vedd figyelembe.
3. Macskaszem. Megfigyelhető, hogy ha egy macska egy fejlámpa fénynyalábjába kerül, szemei nagyon fényesnek látszanak (lásd a 3. ábrán a fotó bal oldalán). Ezt a jelenséget modellezhetjük egy lencse-összeállítással, ahogy az a fotó jobb oldalán és a 4. ábrán látható.
A jobb oldali fotó egy digitális, tükörreflexes fényképezőgéppel készült. A fény intenzitását a fényképezőgép érzékelőjének pixelein (amelyek a fenti fotón fehér vonal jelöl) az 5. ábrán látható grafikonon ábrázoltuk. A fény intenzitásának (amelyet az adott pixelre beérkező fotonok száma ad meg) 10-es alapú logaritmusát ábrázoltuk az koordináta függvényében. A hosszúság egysége egy pixel oldalhossza.
A macskaszemet modellező lencsét egy ideális vékony lencseként kezelhetjük, melynek fókusztávolsága mm és átmérője mm. Azonban figyelembe kell venni, hogy a grafikon valódi mérési adatokat mutat, a lencsének pedig vannak nemideális tulajdonságai. A legfontosabb, hogy a lencse fényesen megvilágított területeiről történő részleges visszaverődés csökkenti a kontrasztot: a sötét területek a lencsén át nézve kevésbé sötétnek látszanak, mint amilyenek valójában. Ezt a hatást a fényképezőgép lencséjénél elhanyagolhatjuk, a macskaszemet modellező lencsénél viszont nem.
A megadott adatok alapján becsüld meg (kb. 20% pontossággal) a fényképezőgép tengelye és a (pontforrásnak tekinthető) lámpa tengelye közötti távolságot, ha a fényképezőgép és a papírlap távolsága m.
1. Rejtett töltés. Ebben a feladatban egy rögzített, ismeretlen ponttöltés nagyságát és helyét kellett meghatározni állítható sebességű és helyzetű (szimulált) elektronnyalábok szóródása alapján. A rejtett töltésről úgy szerezhettek információt a versenyzők, hogy változtathatták az elektronok kezdeti mozgási energiáját, valamint a tengellyel párhuzamos elektronsugár kezdeti és koordinátáit, és ,,mérték'' azokat a és koordinátákat, ahol az elektronok becsapódnak a tengelyre merőleges, helyen lévő sík, véges méretű ernyőbe.
A feladat szövegében megadták a Rutherford-szóródás képletét. Ugyanakkor az egész méréssorozatot (milyen helyekről milyen energiájú elektronokat indítanak) a versenyzőknek kellett megterveznie, és a szimulációs programmal végrehajtania, majd a program által adott adatokból (a becsapódások helyéből) a lehető legpontosabban meghatározniuk a rögzített töltés helyének koordinátáit, valamint a töltés nagyságát és előjelét. Az eredményhez egy durva, nagyságrendi hibabecslést is adni kellett (az elektronsugár kezdeti helyzetének 0,5 mm nagyságrendű Gauss-eloszlású hibája volt).
2. Feketedoboz. A második mérési feladatban egy mechanikai feketedobozt vizsgáltak a versenyzők. A merev, tömegű doboz belsejében egy tömegű test van felfüggesztve egy elhanyagolható tömegű, rugóállandójú rugóval. Egy másik tömegű test pedig az tömegű testre van függesztve egy másik, szintén elhanyagolható tömegű, rugóállandójú rugóval. A testekre hat egy kis viszkózus közegellenállás, amely függ a testek sebességétől. A nehézségi gyorsulás nagysága , iránya párhuzamos a doboz falával.
A tartály felfelé vagy lefelé mozgatható, szakaszonként állandó gyorsulással. A gyorsulás mintázata programozható az időtartam és a gyorsulás megadásával minden lépésben. A szimuláció ,,valós időben'' mutatja a dobozra ható erőt, amely az adott pillanatban szükséges a megadott gyorsuláshoz, valamint az időt. A szimuláció az adatokat egy text fájlba is kiírja.
A szimulációt egy valódi méréshez az tette hasonlóvá, hogy az erő mérésének van egy kicsi véletlenszerű hibája, valamint a rugók lineárisan viselkednek ha a deformációk észszerűen kicsik, de nagy deformációk esetén nemlineárisak. Ezen kívül a doboz oldalainak hossza és a ,,kísérletnek'' helyet adó szoba véges méretei is adottak (ha a testek ütköznek egymással vagy a dobozzal, illetve a doboz a szoba padlójával vagy mennyezetével, akkor a szimuláció leáll).
A feladat minden paraméter (az , és tömegek, valamint a kis megnyúlásokra vonatkozó és rugóállandók) meghatározása. Ehhez az előző feladathoz hasonlóan egy méréssorozat megtervezése és annak kiértékelése volt a cél. Mivel a rendszernek nagyon sok szabad paramétere van, nem könnyű megtalálni, hogy érdemes elindulni. Hibaszámítást ebben a feladatban nem kellett végezni.
|
|
PDF | MathML 
