IPHO 2016: Zürich, Švica
nU vU vU
Tomaž Cvetko
Od 11. do 17. julija letos je v Zurichu potekala 47. mednarodna fizikalna olimpijada. Na njej je sodelovalo 400 dijakov srednjih šol iz 86-ih držav. Slovenska ekipa se je po desetih urah tekmovanja in po tednu, polnem vtisov, domov vrnila s štirimi bronastimi medaljami in pohvalo.
»Tu dum tu dum,« se je 9. julija zvečer zaslišalo po ljubljanski glavni železniški postaji, ko je redni nočni vlak, ki povezuje Beograd in Zürich, odpeljal s perona. Po enajstih urah zatiskanja oči pred skoraj neizbežno budnostjo na policah-posteljah spalnega vagona smo prispeli v najdražje mesto v Evropi -Zürich. Na postaji sta nas pričakala predstavnik organizatorjev in vodič slovenske ekipe. Že je bilo slutiti, da Švičarji ničesar niso prepustili naključju. Nedelja je bila namenjena prihodu in registračiji, popoldne pa so si ekipe lahko ogledale mesto v spremstvu vodičev, saj je odlični javni prevoz omogočil hitro in svobodno gibanje po največjem švičarskem mestu.
V ponedeljek se je mednarodna fizikalna olimpijada tudi uradno začela. Otvoritvena slovesnost je potekala v t. i. kampusu Irčhel, kjer se nahaja velik del univerze v Zürkhu. Te pa ne gre zamenjevati s ztoiškim ETH, ki je samostojno organizačijo olimpi-jade zavrnil. Otvoritev je potekala hitro in brez zapletov, ker so namesto prihoda ekip na oder predvajali zelo simpatične grafike z znamenitostmi držav. Ob tem se je nekoliko izgubilo slovesno vzdušje, ki ga je reševala svečana zaobljuba tekmovalčev in vodij ekip, da bodo na olimpijadi sodelovali pošteno. Popoldanski program je bil izredno zanimiv, saj so na univerzi pripravili kratke delavniče z različnih po-
dročij znanosti in mnogi smo si želeli, da le-te ne bi tako hitro minile, kar se zgodi res redko. Sledila je še ekskurzija na PSI (Paul Scherrer Institute), kjer so nam predstavili raziskave na področju strukture beljakovin, ki jih omogoča tamkajšnji sinhrotron SLS (Swiss Light Source).
Torek je bil dan E, dan za eksperimentalni del tekmovanja. Tekmovalci smo bili razdeljeni v dve skupini, tako da je polovica tekmovala dopoldne, polovica pa popoldne. Slovenska ekipa si je najprej ogledala poslopja zuriške hidroelektrarne, kjer skrbijo, daje mesto s 400 000 prebivalci preskrbljeno z energijo. Da je Švica ena najbogatejših držav sveta, potrjuje tudi dejstvo, da so ob vodnem zajetju za nekaj manj kot 10 milijonov evrov zgradili prehod za ribe, ki ga dnevno precka okoli 30 rib.
SLIKA 1.
Skupinska slika
FIZIKA

19	PRESEK 44 (2016/2017) 2

FIZIKA
—^ Eksperimentalni del tekmovanja je letos postregel z dvema zelo raznolikima problemoma. Prvi je bil namenjen določanju električne prevodnosti dvoraz-sežnih vzorcev. S štiritočkovno sondo, ki je omogočala, da voltmeter ni bil vezan neposredno na priključke vira napetosti, je bilo najprej potrebno določiti upor celotnega, z grafitom prevlečenega lista papirja. Upor takega lista je odvisen tudi od samih razsežnosti lista, saj tokovi po grafitu tečejo po vseh možnih poteh in je na manjšem kosu papirja možnih poti manj. Z merjenjem tokov na različno širokih kosih papirja smo dobili vrednosti funkčije, ki opisuje geometrijski popravek upora, z linearizačijo pa še parametre te funkčije. Problem je postal nekoliko bolj visokotehnološki in po občutku aplikativen, ko smo na podoben način določali lastnosti tanke siličijeve rezine, prevlečene s kromom. Nadgradnja v tem delu je bila posebna merilna tehnika, ki je zaradi simetrije obšla težave glede geometrijskih lastnosti vzorča. Končni rezultat meritev je bila spečifična upornost kroma.
Drugi problem je bil sičer časovno nekoliko manj zahteven, a za izvedbo nekoliko bolj neprijeten. Šlo je za simulačijo faznih prehodov, ki so jo dosegli z zelo izvirno napravo: zvočnikom in makovimi semeni, ki so poskakovala v posodiči, pritrjeni na membrano zvočnika. Prek vezja je bil zvočnik priključen na žagasti vir enosmerne napetosti, ki smo mu lahko spreminjali amplitudo, makova semena pa so bila analogija delčem, ki imajo pri določeni temperaturi (amplitudi napetosti) določeno stopnjo urejenosti. Ta so bila lahko v enem od dveh stanj. V neurejenem stanju so imela makova zrna dovolj energije, da so naključno preskakovala med dvema predeloma posodiče, torej se je v obeh delih nahajalo podobno število semen. Pri manjših amplitudah nihanja membrane zvočnika so bila zrna v čedalje bolj urejenem stanju, večina semen je ostajala v predelu, kjer so bila na začetku. Eden od čiljev tega eksperimenta je bila tudi določitev kritične amplitude nihanja, pri kateri semena preidejo v neurejeno stanje, kar je analogno npr. vrelišču določene snovi. V prin-čipu je bil problem zelo lep in zanimiv, a potrebno je bilo opraviti veliko meritev v kratkem času in ni mi potrebno posebej omenjati, da štetje petdesetih makovih semen ni enostavno opravilo, ki bi ga kdorkoli želel opravljati trikrat na minuto. Pomanjkanje meritev je v nadaljevanju naloge kaj hitro pripeljalo
do slepe uliče, saj so nelinearni grafi zahtevali razmeroma veliko izmerjenih točk. Po drugi strani pa je problem ponujal tudi nekaj »podarjenih« točk, saj smo morali sami zasnovati merilno tehniko za določanje velikosti amplitude nihanja membrane zvočnika. Za ta del je estonski predstavnik, ki je sestavil mehanizem za povečevanje amplitude (za njeno lažje odčitavanje), dobil tudi nagrado za najbolj kreativno rešitev.
Po eksperimentalnem delu tekmovanja je sledil dan za počitek, ki so ga organizatorji namenili ekskurziji v Liečhtenstein, malo, a zelo bogato državo, ki je k organizačiji olimpijade primaknila nezane-marljiv znesek iz svojih bančnih rezerv. Država, ki šteje zgolj 36 000 prebivalčev, živi v tesnem sožitju s sosedo Švičo, med drugim si delijo tudi valuto, švičarski frank. Ponavadi nekajmesečna potovanja, nekajdnevni izleti in pa krajše ekskurzije ne zadostujejo, da bi turist lahko spoznal deželo ali čelo videl vse njene lepote, toda v primeru Liečhtensteina ne bom preveč pretiraval, če trdim, da smo v enem dnevu videli vse, kar se je videti dalo. Glavno mesto Vaduz bi čelo v Sloveniji veljalo za majhno mesto, a je izredno lepo urejeno, na njegovih uličah pa je razstavljenih toliko kipov in skulptur kot v maloka-terem muzeju. Po ogledu mesta smo se z avtobusom odpeljali v gore, ki predstavljajo vzhodno mejo z Avstrijo (zahodna meja s Švičo poteka po reki Ren). Gorska pokrajina z mnogimi slapovi je očarala tudi nas, pa se štejemo za prebivalče alpske države. Žal je naš obisk zmotil dež, tako da je demonstračija so-kolarstva odpadla in smo se morali zadovoljiti z zelo živo pripovedjo o ljubezni med sokolarjem in njegovimi ptičami v eni od tamkajšnjih gostiln. Zvečer so nas pogostili v večnamenski dvorani in nam predstavili liečhtensteinsko gospodarstvo, podjetja s sedežem v tej državi in tu nekje je hierarhična povezava med »veliko« Slovenijo in »majhnim« Liečhtenstei-nom nekoliko zvodenela. V Liečhtensteinu ne poznajo brezposelnosti, država pa je tudi ena redkih, ki nimajo dolga, temveč razprave o fiskalni politiki v 25-članskem parlamentu zaznamujejo predvsem pogovori o razporejanju bančnih rezerv.
Teoretični del tekmovanja je potekal v četrtek, 14. julija. Organizatorji so v skrbi za pravočasen začetek vse tekmovalče na prizorišče prepeljali že uro prezgodaj in s pisanjem smo začeli okoli 40 minut pred uradnim pričetkom. Tekmovalči smo se soo-
20
PRESEK 44 (2016/2017) 2
FIZIKA
čili s tremi problemi. Prvi problem sta predstavljali dve nalogi s področja mehanike, drugi problem je bil s področja električnih krogov, pri tretjem problemu pa smo se spoprijeli z velikim hadronskim trkalni-kom in teorijo relativnosti.
Prva naloga se je vseskozi vrtela (bolj ali manj dobesedno) okoli valjev. Najprej smo obravnavali lesen valj, ki je imel v svoji notranjosti na neznanem mestu kovinski valj neznanih dimenzij. Preko posrednih meritev bi želeli izmeriti točno lokacijo in dimenzije valja. Posredni meritvi bi izvedli s postavitvijo valja na klanec v statičen položaj in z merjenjem nihajnega časa valja okoli njegove simetrijske osi. Naloga tekmovalčev je bila izraziti dimenziji (polmer in višino) malega valja z znanimi količinami. Drugi del naloge je obravnaval dokaj znano idejo vrteče se vesoljske postaje, ki bi s čentripetalnim pospeškom simulirala težnost. Težava se je pojavila, ko sta se dva astronavta na omenjeni vesoljski postaji začela prepirati, ali so na Zemlji ali na nekem vrtečem se objektu. Najprej sta se trditev odločila preveriti z vzmetnim nihalom, a se je po obravnavi izkazalo, da bi imelo oddaljevanje in približevanje uteži Zemlji podoben učinek kot nihanje v končno velikem vrtečem se valju. V naslednjem poskusu želi eden od astronavtov svoj prav dokazati s spuščanjem telesa s stolpa v vesoljski postaji, a zaradi njegove prevelike vneme pri višini stolpa in Coriolisove sile telo pade točno na mesto pod stolpom (kakšno naključje!). Zadnje upanje za dokaz o vrteči se vesoljski postaji astronavt položi v vzmetno nihalo, ki se lahko prosto giblje v vodoravni smeri (tangentno na tla ladje)
SLIKA 2.
Skulptura v CERN-u
in na vpliv Coriolisove sile nanj. Tudi na koncu naloge ostaneta astronavta vsak na svojem bregu, naveličani pa so tudi ostali Člani odprave.
Drugi problem je posegel na področje dinamike v električnih krogih, ki pa je v slovenskih srednjih šolah pa tudi na krožkih redko obravnavamo, zato smo vsi člani ekipe drugo teoretično nalogo reševali slabše kot ostale dele tekmovanja. Naloga tekmovalčev je bila obravnava elementa X z nelinearno I-V karakteristiko. V prvem delu smo se ukvarjali z osnovnimi lastnostmi elementa, kot je npr. upor na posameznih vejah karakteristike. V drugem delu je bil element X uporabljen v vezju, ki je prek nekaj korakov postalo osnova za anteno za radijsko valovanje. Tretji del se je ukvarjal z uporabo bistabilnih nelinearnih elementov (elementa X) za modeliranje bioloških pročesov, v tem primeru za delovanje nevrona. Element X se je zaradi svojih posebnih lastnosti obnašal različno pri različnih časih vzbujanja z določeno napetostjo.
Pri tretjem problemu smo se ukvarjali z velikim hadronskim trkalnikom (LHC), ki se v okviru CERN-a nahaja prav v švičarski Ženevi (podzemni del je si-čer večinoma na frančoski strani meje). Naloga je temeljila na teoriji relativnosti, ki jo je utemeljil Albert Einstein, sičer močno povezan z univerzo v Züri-čhu. Tretjo nalogo je dobro reševala čelotna slovenska ekipa, za kar gre zahvala mentorjema in drugim predavateljem na pripravah, ki so nam v zelo kratkem času dobro predstavili sičer neznano snov in nam s tem omogočili omembe vredne rezultate na tekmovanju. Tretji problem je bil strukturiran tako, da smo najprej obravnavali mehanizme pospeševanja delčev, relativistično odvisnost hitrosti od prele-tene pospeševalne napetosti, z dimenzijsko analizo smo določili izraz za sevalno moč, pri vsakem koraku pa smo tudi konkretno izračunali vrednosti za delče pri določeni energiji. V drugem delu smo se ukvarjali z identifikačijo delčev na osnovi različnih časov preleta detektorja. Delči z enakimi gibalnimi količinami in različnimi masami imajo različne hitrosti, torej za prelet določene poti potrebujejo različne čase. Določiti je bilo potrebno najmanjšo dolžino detektorja, da bi lahko zanesljivo ločili med nabitim kaonom in nabitim pionom z enakima gibalnima količinama. V sklepnem delu naloge smo iz podanih »izmerjenih« podatkov računali mase delčev in jih identifičirali.

21	PRESEK 44 (2016/2017) 2

FIZIKA
—^ Po zaključku tekmovalnega dela je večina ekipe čutila veliko olajšanje, čeprav je bilo nekaj misli usmerjenih tudi v skrb glede rezultatov. Še isti dan nas je nagovoril Derek Muller, bolj znan pod imenom svojega Youtube kanala Veritasium. Njegov nastop je bil v svojem bistvu motivacijski govor o prihodnosti fizike in njegove besede, ki so imele nekoliko vi-zionarski pridih, so v avditoriju požele veliko navdušenje. Sledila je vmesna zabava (grobi prevod iz Midterm Party) z mentorji ekip, bila pa je to v svojem bistvu pogostitev s predstavitvijo nekaterih švicarskih običajev.
V zadnjih dveh dneh pred zaključno prireditvijo sta sledili še ekskurziji v CERN in na goro Rigi. V CERN-u smo si ogledali njihove strežniške prostore in tako imenovano tovarno antimaterije. Nekaj časa smo imeli na voljo tudi za bližnji interaktivni muzej, ki se nahaja v izjemno atraktivni leseni krogli in je že samo zaradi tega vreden obiska. Po kosilu smo se odpravili še v muzej Rdečega križa, ki se nahaja v Ženevi, nedaleč stran od poslopja OZN. V muzeju smo spoznali delovanje Rdečega križa v različnih kriznih situačijah. Njihova stalna razstava obsega predstavitev treh področij delovanja te organi-začije: obrambo človekovega dostojanstva, ponovno vzpostavljanje družinskih vezi in zmanjševanje tveganja naravnih nesreč. Zanimiva je bila tudi tokratna začasna razstava o samopodobi in idealu lepote skozi čas. Za ekskurzijo na goro Rigi smo imeli jasen in sončen dan, tako da smo se za razliko od mentorjev in prejšnje poloviče tekmovalčev na 1798 metrih višine kopali v sonču in ne v megli. Na goro smo
SLIKA 3.
Vzpon na Rigi
se pripeljali z zobato železnico, ki je značilna posebej za Švico. Nato smo se sprehodili nekaj metrov do vrha in uživali v pogledu na mnoga jezera, ki so se lesketala v dolinah švicarskih Alp. Po pobočju gore smo se nato odpravili proti železnici, ki je vodila na drugo stran hribovja, proti Luzernu in jezeru, ob katerem je mesto nastalo. V Luzernu smo si ogledali znameniti lesen most s poslikanimi oboki, po katerem je mesto tudi najbolj poznano. Po kratkem ogledu mesta s svojimi vodici smo se z avtobusi odpravili proti našemu hotelu v Zurichu.
V nedeljo smo koncno docakali podelitev nagrad. Aleksej Jurca, Tomaž Cvetko, Jakob Robnik (vsi trije Gimnazija Bežigrad) in Luka Govedic (II. Gimnazija Maribor) smo prejeli bronasto medaljo, Jernej De-bevc pa pohvalo. Lanskega uspeha, pet bronastih medalj, nam žal ni uspelo ponoviti. Obakrat smo se olimpijade udeležili trije tekmovalci in vsi domov prinesli medalje z bronastim sijajem. Prav tako je spodbudno dejstvo, da se prihodnje leto zdaj že izkušena Aleksej Jurca in Luka Govedic znova podajata v fizikalni boj in, kdo ve, morda pa bo kmalu na slovenskih vratovih nihala medalja še kakšne druge barve.
Podelitev medalj je popestrila orgelska izvedba skladb iz serije filmov Vojna zvezd, drugace pa so Švicarji vse zopet izvedli hitro in ucinkovito: tekmovalce so v velikih skupinah klicali na oder, imena so sicer brali po vrstnem redu, medalje pa izrocali kot po tekocem traku brez ozira na socasnost omembe imena in prejema medalje. Po tednu Švici lahko re-cem, da stereotip o švicarski natancnosti do velike mere drži, saj ni bilo cisto nic prepušceno naklju-cju. Celo gorske poti so bile na mestih tlakovane, ob poti pa so kar na bregu zgradili še igrišca za minigolf, kar je razumljivo, saj morajo za visoko ceno ponuditi luksuzno storitev. Mesta so cista in celo blokovsko naselje v neposredni bližini letališca je delovalo mondeno. Morda pa je dobro merilo delovanja družbe število nezaklenjenih (in nato neukradenih) koles, ki jih je bilo moc videti vsepovsod po Zurichu. In zato za mnoge Švica še vedno ostaja obljubljena dežela.
_ XXX
www.dmfa-zaloznistvo.si
22
PRESEK 44 (2016/2017) 2