42. Mezinárodní fyzikální olympiáda

Zpráva o konání 42. Mezinárodní fyzikální olympiády

10. – 18. července 2011, Bangkok, Thajské království

V roce 2011 proběhl již 42. ročník Mezinárodní fyzikální olympiády (MFO). Původně měla MFO v roce 2011 uspořádat Belgie. Ta se však zorganizování této vrcholové světové soutěže středoškoláků ve fyzice ke konci roku 2009 zřekla s odůvodněním finanční krize. K zorganizování 42. ročníku se mimo pořadí ihned přihlásilo Thajské království. To bralo konání této světové soutěže na svém území jako velmi prestižní záležitost. Potvrzuje to již dřívější poznatek, že asijské státy berou každou podobnou akci jako dobrou příležitost ke zviditelnění na světovém fóru. Letošní soutěž proto proběhla za mimořádné pozornosti Její královské Výsosti a ministerského předsedy (viz dále). MFO se konala ve dnech 10. až 18. července 2011 v Bangkoku. Její pořádání měly na starosti nejvýznamnější akademické instituce Thajska: Univerzita Chulalongkorn v Bangkoku a nadace POSN (Promotion of Academic Olympiads and Development of Science Education Foundation).

Jednota českých matematiků a fyziků (JČMF), odborný garant České fyzikální olympiády, z pověření Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy České republiky na 42. MFO vyslala (na základě doporučení Ústřední komise Fyzikální olympiády) sedmičlennou reprezentaci ve složení:

• Prof. Ing. Bohumil Vybíral, CSc., Univerzita Hradec Králové, vedoucí delegace,
• RNDr. Jan Kříž, Ph.D., Univerzita Hradec Králové, pedagogický vedoucí.

Soutěžící – individuální členové českého družstva:

• Martin Bucháček, Gymnázium L. Pika v Plzni,
• Stanislav Fořt, Gymnázium Pierra de Coubertina v Táboře,
• Jakub Vošmera, Gymnázium Matyáše Lercha v Brně,
• Ondřej Bartoš, Gymnázium ve Žďáru nad Sázavou,
• Hynek Kasl, Gymnázium v Plzni, Mikulášské nám.

Necestujícím náhradníkem soutěžících byl Jan Sopoušek z Gymnázia v Brně-Řečkovicích. Náklady na výjezd české reprezentace byly uhrazeny z prostředků poskytnutých JČMF Ministerstvem školství, mládeže a tělovýchovy.

Členové českého družstva byli vybráni na základě výběrového soustředění, které se konalo 1. až 3. dubna 2011 na Univerzitě Hradec Králové. Na soustředění bylo pozváno všech 10 vítězů celostátního kola 52. ročníku Fyzikální olympiády (FO) kategorie A (konaného v březnu 2011 na Přírodovědecké fakultě UP v Olomouci). Během tří dnů byly účastníkům soustředění zadány tři teoretické a dva experimentální náročné problémy na úrovni úloh MFO. Na základě výsledků těchto testů a s přihlédnutím k výsledkům z celostátního a krajského kola FO bylo vybráno pět reprezentantů na MFO a jeden náhradník. Další přípravu družstva, jeho náhradníka a dalších nadějných studentů z nižších ročníků středních škol organizoval prof. RNDr. Ivo Volf, CSc., předseda ÚKFO. Příprava probíhala jednak korespondenční formou, jednak v červnu 2011 na dvanáctidenním soustředění na katedře fyziky Přírodovědecké fakulty Univerzity Hradec Králové. Část přípravy v Hradci Králové proběhla společně se slovenským družstvem, což bylo přínosné pro obě strany.

Česká výprava nastoupila cestu na 42. MFO v sobotu dne 9. 7. 2010. Z Prahy odletěla v 18:40 středoevropského letního času, s přestupem ve Vídni; přistání v Bangkoku bylo v 11:15 středoasijského času (časový posun +5 hodin). Celá soutěž, včetně slavnostních ceremoniálů, schůzí mezinárodní jury i vlastního řešení soutěžních úloh, proběhla v prostorách Univerzity Chulalongkorn. Slavnostní zahájení a zakončení soutěže se konalo za přítomnosti Její královské Výsosti, korunní princezny Thajského království Maha Chakri Sirindhorn.

Česko-Slovenská výprava v Bangkoku po zahájení 42. MFO

Program soutěže

Neděle, 10. 7.

Den příjezdu a registrace.

Pondělí, 11. 7.

Slavnostní zahájení v Auditoriu Univerzity Chulalongkorn za předsednictví Její královské Výsosti Maha Chakri Sirindhorn. Po společném obědě měli studenti prohlídku univerzity Chulalongkorn, kdežto vedoucí diskutovali a schvalovali návrh teoretických úloh; rozsáhlé zadání poté překládali a tiskli do národních jazyků (činnost trvající do ranních hodin úterý 12. 7.).

Úterý, 12. 7.

Studenti řešili teoretické úlohy (3 úlohy, 5 hodin.) Vedoucí (ač nevyspaní) měli organizovanou prohlídka pamětihodností Bangkoku. Večer byla společná večeře studentů a vedoucích v objektu Královského námořnictva.

Středa, 13. 7.

Studenti jeli na exkurzi do thajského skanzenu Rose Garden. Vedoucí dopoledne opravovali teoretické úlohy; odpoledne následovala diskuse a překlad dvou experimentálních úloh soutěže do národních jazyků a jejich tisk.

Čtvrtek, 14. 7.

Studenti řešili experimentální problémy (2 úlohy, 5 hodin). Studenty při řešení neplánovaně navštívil Abhisit Vejjajiva, ministerský předseda Thajského království. Vedoucí měli exkurzi do thajského skanzenu Rose Garden.

Pátek, 15. 7.

Studenti si prohlédli pamětihodnosti Bangkoku, kdežto vedoucí měli výlet k mořskému pobřeží, kde si prohlédli přírodopisné a vojenské muzeum.

Sobota, 16. 7.

Studenti měli analogický výlet k mořskému pobřeží. Vedoucí se zúčastnili zasedání mezinárodní jury (stanovovaly se limity pro udělení medailí, diskutovaly se změny ve statutu soutěže). Poté následovala moderace oprav řešení úloh (diskuse k opravám); večer schvalování konečných výsledků soutěže.

Neděle, 17. 7.

Studenti a vedoucí měli dopoledne volno, odpoledne následovalo vyhlášení výsledků 42. MFO a slavnostní předání medailí a čestných diplomů; ty osobně předávala Její královská Výsost Maha Chakri Sirindhorn. Večer se uskutečnila slavnostní večeře a slavnost v prostorách menzy univerzity.

Pondělí 18. 7.

Den odjezdu. Česká výprava odlétala z Bangkoku ve 23:55 středoasijského času a přes Vídeň se v úterý 19. července v 7:30 SEČ vrátila do Prahy.

Úlohy soutěže

Organizátoři připravili soutěžícím tyto tři náročné a zajímavé teoretické úlohy.

1. Problém tří těles a gravitační interferometr LISA. Šlo o klasickou úlohu z teorie gravitačního pole, jejímž cílem bylo řešení analyticky neřešitelného problému tří těles za zjednodušujících předpokladů. Ve druhé části úlohy studenti použili výsledky první části na principiální řešení funkce plánovaného kosmického gravitačního interferometru, založeného na systému tří družic umístěných ve vrcholech rovnostranného trojúhelníku o délce stran 5,0 milionů km, který by měl umožnit registraci gravitačních vln.
2. Elektricky nabitá mydlinová bublina. Úkolem této komplexní klasické úlohy, kombinující termodynamiku, mechaniku a elektrostatické pole, bylo studium různých podmínek pro vznášení se mydlinové bubliny ve vzduchu v tíhovém poli.
3. Připomenutí 100 let Rutherfordova atomového jádra: rozptyl iontu na neutrálním atomu. V této semiklasické úloze z atomové fyziky řešitelé studovali jevy při rozptylu iontu na neutrálním atomu včetně mezního případu srážky s výměnou náboje.

Experimentální úlohy. Byly zadány dvě vtipné a nezávislé úlohy, které byly na realizaci potřebného vybavení jednoduché, avšak na řešení poměrně náročné. U obou úlohách byla studentům ponechána relativně velká volnost výběru postupu řešení, což nebývá obvyklé.

1. Elektrická černá skříňka – kapacitní senzor posunutí. Studenti měli za úkol zjistit tvar a parametry desek skrytého posuvného kondenzátoru užitím relaxačního (útlumového) oscilátoru, sady 4 kondenzátorů pro kalibraci a digitálního multimetru (fungujícího i jako frekventoměr). V závěru úlohy diskutovali možnost principiálního využití takovéhoto kondenzátoru ke konstrukci digitálního posuvného měřidla.
   

   Sestava 1. experimentální úlohy a otevřená černá skříňka (ta nebyla studentům k dispozici)

2. Mechanická černá skříňka – válec s kuličkou uvnitř. Studentům byl předložen dutý uzavřený kovový válec, o němž věděli, že uvnitř v neznámé poloze je pevně umístěna kulička. Pomocí hledání statické rovnováhy a kmitů válce jako fyzického kyvadla (s předem stanovenou soustavou bodů otáčení – předvrtaných otvorů) měli za úkol určit polohu kuličky uvnitř válce, moment setrvačnosti celé soustavy a poměr hmotností kuličky a válce. Rovněž určovali tíhové zrychlení, včetně chyb měření.
   

   2. experimentální úloha: jednoduché pomůcky a jejich sestava při experimentu

Účastníci soutěže

Soutěže se aktivně zúčastnilo celkem 397 studentů z 85 vyspělých států a teritorií z pěti světových kontinentů. Některé delegace měly počet soutěžících menší než pět. Další – 86. stát – vyslal pouze pozorovatele. Mezi 85 zúčastněnými státy bylo 25 států Evropské unie (nepřicestovaly pouze delegace Malty a Lucemburska).

Výsledky

Nejlepšího výsledku dosáhl soutěžící Tzu-Ming Hsu z Tchaj-wanu (dosáhl 48,60 bodů z 50 možných). Kromě ceny za absolutní vítězství dostal i cenu za nejlepší řešení teoretických úloh společně s Lanqing Li z Číny a Kazachem Kaisarbekem Omirzakhovem a také cenu za nejlepší řešení experimentálních úloh.

Podle statutu soutěže jsou udělovány minimálně 8% soutěžícím zlaté medaile, dalším 17% stříbrné, dalším 25% bronzové medaile a dalším 17% čestná uznání. Tím se stanovila hranice pro získání jednotlivých medailí na 42. MFO takto: min. 41,10 bodů pro zlatou medaili, min. 34,50 bodů pro stříbrnou medaili, min. 24,62 bodů pro bronzovou medaili a min. 18,00 bodů pro čestné uznání. Po konečném stavu hodnocení (tj. po korekcích při poté provedené moderaci thajských komisí a vedoucích národních delegací byly bodové zisky mnohých soutěžících vyšší). Tak zlatou medaili získalo 54, stříbrnou 68 a bronzovou medaili 93 soutěžících. Čestné uznání získalo 67 soutěžích. K nejlepším řešitelům patří již tradičně jednotlivci družstev těchto států: Tchaj-wan, Čína (ČLR), Korea (Jižní), Singapur, Hongkong a Indie. Česká republika se v neoficiálním pořadí států (podle bodového součtu všech soutěžících) zařadila na 24. příčku (a na 6. až 8. místo v EU) – srovnatelně s r. 2010. Za vyzdvihnutí stojí to, že všichni členové českého družstva získali medaili, což se stalo za dobu existence České republiky teprve potřetí. Naprosto výjimečného úspěchu dosáhlo v letošním roce družstvo Slovenska, které se ziskem tří zlatých a po jedné stříbrné a bronzové medaile zařadilo mezi absolutně nejúspěšnější státy světa.

České družstvo dosáhlo na 42. MFO velmi dobrého úspěchu, když všichni jeho členové získali medaili. Letošní úspěch jednotlivých českých řešitelů je tento:

1. Stanislav Fořt; 35,90 bodů, stříbrná medaile,
2. Jakub Vošmera; 35,80 bodů, stříbrná medaile,
3. Martin Bucháček; 35,00 bodů, stříbrná medaile,
4. Ondřej Bartoš; 31,45 bodů, bronzová medaile,
5. Hynek Kasl; 24,70 bodů, bronzová medaile.

Podrobné hodnocení českých studentů je uvedeno dále.

Organizace a průběh soutěže

Letošní Mezinárodní fyzikální olympiáda byla velmi dobře připravená a probíhala hladce, i když měli organizátoři na její přípravu pouze jeden a půl roku. Úroveň ubytování a stravování snese ta nejpřísnější měřítka. Průběh soutěže byl bedlivě sledován i nejvyššími představiteli Thajského království. Nad soutěží převzal záštitu jeho královský Majestát Bhumibol Adulyadej (král Rama IX.), soutěž zahajovala Její královská Výsost, korunní princezna Maha Chakri Sirindhorn, která také předávala medaile a ocenění všem úspěšným účastníkům. Ministerský předseda Abhisit Vejjajiva navštívil studenty během řešení úloh. Jedná se o krásný příklad přístupu politické reprezentace k práci s talentovanou mládeží.

Závěr

Výsledky 42. MFO ukázaly, že členové českého družstva byli na soutěž opět dobře a pečlivě vybráni. Soutěžící se na soutěž velmi dobře připravili. Nicméně byl patrný rozdíl v jejich výsledcích v teoretické a experimentální části soutěže. Zatímco v teoretické části byly výsledky srovnatelné s nejlepšími řešiteli 42. MFO, v experimentální části byly výsledky pouze průměrné. To opět naznačuje nutnost zlepšit přípravu v experimentování. Za vyzdvihnutí stojí letošní vynikající výsledek družstva slovenských studentů, které se v neoficiálním pořadí států umístilo na 5. až 8. místě. Bezpochyby souvisí se systematickou čtyřletou prací, velmi významně finančně podpořenou projektem Evropské unie, které Slovensko získalo.

Podrobné informace o 42. MFO jsou na webové adrese. Příští MFO v r. 2012 proběhne v Estonsku. Pro rok 2013 se již připravuje 44. MFO v Dánsku u příležitosti 100. výročí vypracování modelu atomu vodíku Dánem Nilsem Bohrem.

V Bangkoku dne 18. července 2011

Prezentace prof. B. Vybírala (pdf, 5 MB)

Úspěšná česká reprezentace na 42. MFO v Thajsku. Zleva: RNDr. J. Kříž (pedag. vedoucí), H. Kasl (B), O. Bartoš (B), M. Bucháček (S), J. Vošmera (S), S. Fořt (S) a prof. B. Vybíral (ved. reprezentace).

Ocenění členů českého družstva na 42. MFO v Thajském království

Výsledky členů českého družstva na 42. Mezinárodní fyzikální olympiádě

Pořadí 33 nejúspěšnějších států na 42. MFO

Podle následujícího smluvního bodování – zlatá medaile 5 bodů, stříbrná medaile 3 body, bronzová medaile 2 body, čestné uznání 1 bod.

Pořadí úspěšnosti států Evropské unie na 42. MFO

Podle následujícího bodování – zlatá medaile 5 bodů, stříbrná medaile 3 body., bronzová medaile 2 body, čestné uznání 1 bod

Poznámka: Malta a Lucembursko se 42. MFO nezúčastnily.