سوالات مسابقه IYPT سال 2020

به نام خدا

سلام

در ادامه سوالات مسابقه ی سال 2020 را همراه با ترجمه آورده ام. سوالات امسال گستردگی جالبی در حیطه های مختلف دارند. هر چند امسال به نظر بخش مرتبط با سیالات پررنگ تر است که این باعث جذاب تر شدن ماجراست، چرا که مبحث سیالات پیچیدگی های خاص خود را دارد.

در سوال های 1 (خودتان اختراع کنید) و 10 (خطوط رسانا) از دانش میدان و جریان الکتریکی استفاده می شود و در سوال 4 (فریت آوازخوان) میدان مغناطیسی مهم است. در سوال های 2 (بطری نامعلوم)، 3 (آوالوله ی چرخان)، 6 (کاسه ی ساکسون)، 8 (صافی غشای صابونی) 9 (تعلیق مغناطیسی) و 12 (گرداب چند ضلعی) ویژگی ها و قوانین سیالات نقش عمده را ایفا می کند. سوال های 5 (سراب دلنشین) و 11 (لکه های رانشی) اپتیکی هستند. سوال 7 (گوی ها روی ریسمان) به نوعی با قوانین حرکت در ارتباط است اما احتمالا شامل پیچیدگی های سیستم های آشوبناک نیز می شود. در سوالات 13 (نوسانگر اصطکاکی)، 14 (برج سقوط)، 15 (فلفل پاش) و 17 (ورق بازی) اصطکاک و اینرسی خطی و دورانی نقش عمده را ایفا می کند و در نهایت در سوال 16 (موتور نایتینول) در مورد رفتار عجیب برخی شبکه های فلزی است که با فیزیک ماده چگال در ارتباط است.

برخی سوال ها را می توان در خانه خیلی سریع و راحت به صورت ابتدایی آزمایش کرد. مثلا سوال 2 (بطری نامعلوم) فقط به یک بطری و یک شمع و فوت شما نیاز دارد. سوال 3 (آوالوله ی چرخان) با لوله ی خرطومی برق قابل انجام است. سوال 6 (کاسه ی ساکسون) فقط به یک کاسه نیاز دارد، البته سوراخ! سوال 8 (صافی غشای صابونی) هم که با کمی آب-صابون و پودر مواد مختلف غذایی قابل انجام است. سوال 10 (خطوط رسانا) واقعا بامزه است. کافیست با مداد یک مدار روی کاغذ بکشید و با باطری آن را راه بیندازید. شاید برایتان جالب باشد که اثر سوال 15 (فلفل پاش) را خیلی ها نمی دانند، حتی کسانی که هر روز از نمکدان استفاده می کنند. خیلی هیجان انگیز است که پدیده های عجیبی را آزمایش کنیم که با مواد دم دستی انجام می شوند و حتی شاید در زندگی روزمره با آن ها مواجه شده ایم اما آن ها را جدی نگرفته ایم و هیجان انگیزتر آن است که به سمت پدیده هایی برویم که در این جهان وجود دارد، اما مردم عادی هرگز آن ها را درک نمی کنند. پس این شما و این هم سوالاتِ جذابِ IYPT

راستی، مسابقه ی جهانی 2020 در کشور رومانی برگزار می شود.

Invent Yourself

1. Invent Yourself

Design an instrument for measuring current using its heating effect. What are the accuracy, precision and limits of the method?

1. خودتان اختراع کنید

ابزاری برای اندازه گیری جریان [الکتریکی] با استفاده از اثر حرارتی آن طراحی کنید. صحت، دقت و محدودیت های روش [به کار گرفته شده] چیست؟

Inconspicuous Bottle

2. Inconspicuous Bottle

Put a lit candle behind a bottle. If you blow on the bottle from the opposite side, the candle may go out, as if the bottle was not there at all. Explain the phenomenon.

2. بطری نامعلوم

یک شمع روشن پشت یک بطری قرار دهید. اگر از سمت مقابل به بطری بدمید، ممکن است شمع خاموش شود، انگار بطری [در میان] وجود نداشته. این پدیده را توضیح دهید.

Swinging Sound Tube

3. Swinging Sound Tube

A Sound Tube is a toy, consisting of a corrugated plastic tube, that you can spin around to produce sounds. Study the characteristics of the sounds produced by such toys, and how they are affected by the relevant parameters.

3. آوا لوله ی چرخان

آوا لوله، یک اسباب بازی شامل یک لوله ی موج دار پلاستیکی است که می توانید آن را [حول یک سرش] بچرخانید تا تولید صدا کند. مشخصه های صداهایی که با این گونه اسباب بازی ها تولید می شود و چگونگی تاثیرپذیری آن ها از متغیرهای مربوطه را مطالعه نمایید.

Singing Ferrite

4. Singing Ferrite

Insert a ferrite rod into a coil fed from a signal generator. At some frequencies the rod begins to produce a sound. Investigate the phenomenon.

4. فریت آوازخوان

یک میله ی فریت را داخل سیم پیچی که با یک مولد سیگنال تغذیه می شود قرار دهید. در برخی از بسامدها میله شروع به تولید صدا می کند. این پدیده را بررسی کنید.

Sweet Mirage

5. Sweet Mirage

Fata Morgana is the name given to a particular form of mirage. A similar effect can be produced by shining a laser through a fluid with a refractive index gradient. Investigate the phenomenon.

5. سراب دلنشین

فتامورگانا نامیست که به نوع خاصی از سراب نسبت داده شده. با تاباندن لیزر از درون مایعی با ضریب شکستی دارای گرادیان، می توان اثر مشابهی را تولید کرد. این پدیده را بررسی کنید.

Saxon Bowl

6. Saxon Bowl

A bowl with a hole in its base will sink when placed in water. The Saxons used this device for timing purposes. Investigate the parameters that determine the time of sinking.

6. کاسه ی ساکسون

یک کاسه با سوراخی در کف هنگامی که در آب قرار داده شود، غرق می شود. ساکسون ها برای مقاصد زمانی از این وسیله استفاده می کردند. متغیرهایی را بررسی کنید که زمان غرق شدن را تعیین می کنند.

Balls on a String

7. Balls on a String

Put a string through a ball with a hole in it such that the ball can move freely along the string. Attach another ball to one end of the string. When you move the free end periodically, you can observe complex movements of the two balls. Investigate the phenomenon.

7. گوی ها روی ریسمان

یک ریسمان را از داخل یک گوی که دارای سوراخ است به گونه ای بگذرانید که گوی بتواند آزادانه در طول ریسمان حرکت کند. گوی دیگری را به یک انتهای ریسمان متصل کنید. وقتی انتهای آزاد [دیگر] را به صورت تناوبی حرکت دهید، می توانید حرکات پیچیده ای از دو گوی مشاهده کنید. این پدیده را بررسی کنید.

Soap Membrane Filter

8. Soap Membrane Filter

A heavy particle may fall through a horizontal soap film without rupturing it. However, a light particle may not penetrate the film and may remain on its surface. Investigate the properties of such a membrane filter.

8. صافی غشای صابونی

یک ذره ی سنگین ممکن است بدون ترکاندن یک لایه ی نازک صابونی افقی، از آن بگذرد. با این حال، یک ذره ی سبک ممکن است در لایه نفوذ نکند و ممکن است روی سطح آن بماند. ویژگی های این گونه صافی غشایی را بررسی کنید.

Magnetic Levitation

9. Magnetic Levitation

Under certain circumstances, the “flea” of a magnetic stirrer can rise up and levitate stably in a viscous fluid during stirring. Investigate the origins of the dynamic stabilization of the “flea” and how it depends on the relevant parameters.

9. تعلیق مغناطیسی

در شرایط خاصی، میله ی مغناطیسی یک همزن مغناطیسی حین همزنی می تواند در مایع گرانرو (لزج) بلند شود و به صورت پایدار معلق بماند. منشاء پایداری پویای میله ی مغناطیسی و اینکه چکونه به متغیرهای مربوطه وابسته است را بررسی نمایید.

Conducting Lines

10. Conducting Lines

A line drawn with a pencil on paper can be electrically conducting. Investigate the characteristics of the conducting line.

10. خطوط رسانا

خطی که با مداد روی کاغذ کشیده شده می تواند رسانای الکتریکی باشد. مشخصه های این خط رسانا را مورد بررسی قرار دهید.

Drifting Speckles

11. Drifting Speckles

Shine a laser beam onto a dark surface. A granular pattern can be seen inside the spot. When the pattern is observed by a camera or the eye, that is moving slowly, the pattern seems to drift relative to the surface. Explain the phenomenon and investigate how the drift depends on relevant parameters.

11. لکه های رانشی

باریکه ی لیزری را به سطحی تیره بتابانید. الگویی دانه دانه ای داخل لکه می توان دید. وقتی این الگو با دوربین یا چشم، که به آهستگی حرکت می کند، دیده شود، به نظر می رسد که الگو نسبت به سطح رانش (سوق) پیدا می کند. این پدیده را توضیح دهید و بررسی کنید که رانش چگونه به متغیرهای مربوطه وابسته است.

Polygon Vortex

12. Polygon Vortex

A stationary cylindrical vessel containing a rotating plate near the bottom surface is partially filled with liquid. Under certain conditions, the shape of the liquid surface becomes polygon-like. Explain this phenomenon and investigate the dependence on the relevant parameters.

12. گرداب چندضلعی

یک مخزن استوانه ایِ ثابت شامل یک صفحه ی چرخان در نزدیکی سطح پایینی، تا قسمتی با مایع پر شده است. تحت شرایط مشخصی، شکل سطح مایع شبه-چندضلعی می شود. این پدیده را توضیح دهید و وابستگی متغیرهای مربوطه را بررسی کنید.

Friction Oscillator

13. Friction Oscillator

A massive object is placed onto two identical parallel horizontal cylinders. The two cylinders each rotate with the same angular velocity, but in opposite directions. Investigate how the motion of the object on the cylinders depends on the relevant parameters.

13. نوسانگر اصطکاکی

یک جسم بزرگ روی دو استوانه ی یکسان موازی افقی قرار داده شده است. دو استوانه هر کدام با سرعت دورانی یکسان، اما در جهت مخالف، می چرخند. بررسی کنید که چگونه حرکت جسم روی استوانه ها به متغیرهای مربوطه وابسته است.

Falling Tower

14. Falling Tower

Identical discs are stacked one on top of another to form a freestanding tower. The bottom disc can be removed by applying a sudden horizontal force such that the rest of the tower will drop down onto the surface and the tower remains standing. Investigate the phenomenon and determine the conditions that allow the tower to remain standing.

14. برج سقوط

قرص های یکسان روی یکدیگر چیده شده اند تا یک برج ساده را تشکیل دهند. با اعمال یک نیروی افقی ناگهانی می توان قرص پایینی را برداشت به گونه ای که باقی برج روی سطح سقوط کند و برج ایستاده بماند. این پدیده را بررسی کنید و شرایطی که به برج اجازه ی ایستاده ماندن می دهد را تعیین نمایید. 

Pepper Pot

15. Pepper Pot

If you take a salt or pepper pot and just shake it, the contents will pour out relatively slowly. However, if an object is rubbed along the bottom of the pot, then the rate of pouring can increase dramatically. Explain this phenomenon and investigate how the rate depends on the relevant parameters.

15. فلفل پاش

اگر یک نمک پاش یا فلفل پاش را بردارید و فقط آن را تکان دهید، محتویات نسبتا آهسته بیرون ریخته می شود. اما اگر یک جسم به انتهای ظرف مالش داده شود، میزان بیرون ریختن به طور چشمگیری افزایش پیدا می کند. این پدیده را توضیح داده و بررسی کنید که چگونه میزان [بیرون ریختن] به متغیرهای مربوطه وابستگی دارد.

Nitinol Engine

16. Nitinol Engine

Place a nitinol wire loop around two pulleys with their axes located at some distance from each other. If one of the pulleys is immersed into hot water, the wire tends to straighten, causing a rotation of the pulleys. Investigate the properties of such an engine.

16. موتور نایتینول

یک سیم حلقوی نایتینول (آلیاژ نیکل تیتانیوم) را حول دو قرقره که محورهای آن ها با فاصله ای از هم واقع شده اند، قرار دهید. اگر یکی از قرقره ها در آب داغ قرار گیرد، سیم تمایل به صاف شدن پیدا می کند که باعث چرخش قرقره ها می شود. ویژگی های چنین موتوری را بررسی نمایید.

Playing Card

17. Playing Card

A standard playing card can travel a very long distance provided that spin is imparted as it is thrown. Investigate the parameters that affect the distance and the trajectory.

17. ورق بازی

یک ورقِ بازی استاندارد می تواند مسافت خیلی زیادی را بپیماید اگر پرتاب همراه با چرخش باشد. متغیرهایی که روی مسافت و مسیر [حرکت کارت] تاثیر می گذارند را بررسی نمایید.