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奇思妙想之赫姆霍兹旋转木马(Helmholtz carousel)

已有 14284 次阅读 2013-2-12 16:41 |个人分类:大学教育|系统分类:观点评述|关键词:物理,竞赛| 物理, 竞赛

       国际青年物理学家锦标赛(International YoungPhysicists' Tournament) (IYPT)是当今国际上最有影响力的年度物理学竞赛之一。这一竞赛围绕每年不同的17个问题展开。参赛者主体为大中学生,通过团队合作尝试解决其中的一个或者几个问题。很多国家例如美、英,中国的台湾地区等,都有国家和地区级的IYPT联合会之类的组织。这个赛事的影响可以参见下列文章:美国《Physics Today》、《 Physics Teacher》,中国《大学物理》等。不知道中国内地是否有国家层面的IYPT联合会组织?  南开大学物理学院的宋峰教授一直致力于推动此事。

   呼吁国内的物理学界同仁能共同关注这一国际青年物理竞赛(IYPT)。

中文维基百科介绍参见:国际青年物理学家竞赛

中文百度百科介绍参见:国际青年物理学家竞赛
 
    每一届竞赛的题目提前拟定并公开,许多题目充满了奇思妙想。即使物理学领域的教授,也未必能立即把握题中问题的物理本质。2013年的竞赛题目英文版参见网页,
Problems for the 26th IYPT 2013,中文翻译参见网页:2013年第26届国际青年物理学家竞赛IYPT题目,直接下载之:2013年第26届国际青年物理学家竞赛IYPT题目.doc,其中有一道题目亥姆霍兹旋转木马,是古老的赫姆霍兹共鸣器(Helmholtz resonator)的一个从未见过的效应。关于赫姆霍兹共鸣器,力学界前辈武际可教授有过详细讨论,参见博文赫姆霍兹振子的妙用

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第12道:亥姆霍兹旋转木马
在低摩擦的装置上(如旋转木马)系上圣诞树球,每个球都有沿切线方向的洞。如果将这个装置放在合适频率和强度的声音环境里,该装置会开始旋转。解释这一现象并研究使该装置达到最大转速的参数。
Helmholtz carousel
Attach Christmas tree balls on a low friction mounting (carousel) such that the hole in each ball points in a tangential direction. If you expose this arrangement to sound of a suitable frequency and intensity, the carousel starts to rotate. Explain this phenomenon and investigate the parameters that result in the maximum rotation speed of the carousel.
 
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赫姆霍兹共鸣器原来是用来作为滤波器,现在居然转动起来了,其中对物理原理的运用令人叫绝。


     当然,知道这个问题的理论解答,并不能保证参赛能获奖。为什么? 这是一个实验题!实验需要在一个很大的参数空间中寻找到最优数据组。在多个实验小组的PK中,只有那个设计最巧、或者木马转动最快的实验才可能得奖。

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       一点半官方讯息  

       我们从08年起,在中国物理学会的支持下,派队参加IYPT国际比赛。后来推广到大学生的竞赛,在大学里取得了很好的反响。但是在中学这块,我们一直不敢大动作,因为中国有着高考这根指挥棒。当然,现在越来越多的中学老师意识到这个比赛的意义了,它对于中国物理教学方式是一个非常好的补充。目前我们正在筹划中国的IYPT,简称CYPT,现在已经有了些构想。但是如果作为一个正式组织,需要注册备案,是很麻烦的。我们想先在一定范围内,在现有基础上,拉一些志同道合的人,建立一个松散的“虚拟”的CYPT。实际上,这个CYPT已经得到国际上的IYPT的认可。今年起我们在南开大学招办的支持下,开始将CYPT的选拔与我校自主招生结合起来了,现在全国有10来个中学组队,正在我校参加比赛。我们将从中挑出一些好学生给予自主招生的加分资格,并选拔出5个优秀学生组成中国队参加IYPT比赛。

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延展阅读:

1,亥姆霍兹共振与反常亥姆霍兹旋转木马

2,实现预期结果的亥姆赫兹旋转木马

3,一只会抽烟的矿泉水瓶

4,有趣的课题,有趣的实验——《一只会抽烟的矿泉水瓶》




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