52. Mezinárodní fyzikální olympiáda

Zpráva o konání 52. Mezinárodní fyzikální olympiády

online z Hamburku v roce 2022

V roce 2022 proběhl už 52. ročník Mezinárodní fyzikální olympiády (MFO) – vrcholové světové soutěže středoškolských studentů ve fyzice. Poté, co byla MFO v roce 2020 zcela zrušena kvůli pandemii onemocnění COVID-19 a v roce 2021 proběhla pomocí prostředků komunikace na dálku, všichni se těšili na prezenční soutěž. Nicméně organizací letošní MFO bylo pověřeno Bělorusko a rozhodnutím Mezinárodní rady MFO na svém mimořádném online zasedání dne 3. 4. 2022 byla organizace MFO Bělorusku odebrána. Pro případného náhradního organizátora by to znamenalo, že na zorganizování soutěže, které obvykle zabere několik let, bude mít pouze tři měsíce. Přesto se organizátor našel. Švýcarští kolegové pouhých několik dní po dubnovém jednání Mezinárodní rady MFO oznámili, že jsou připraveni MFO zorganizovat, ale díky velice krátkému času opět pouze pomocí prostředků komunikace na dálku. Zároveň vyzvali účastnící se státy, aby případně vytvořily větší skupinky a sjely se soutěžit na jedno místo. Předseda Ústřední komise FO ČR byl následně osloven kolegy z Německa, zda by ČR měla zájem soutěžit v Německu společně s dalšími čtyřmi evropskými státy. Tuto nabídku ČR s vděčností přijala.

Soutěž pořádala ve dnech 9. až 17. července 2022 Švýcarská fyzikální olympiáda za finanční podpory hlavního sponzora soutěže, společnosti Huawei. Odbornou část soutěže zaštítil Akademický výbor Evropské fyzikální olympiády. Česká republika soutěžila společně s týmy Německa, Dánska, Estonska a Slovinska v areálu fyzikální laboratoře DESY (Deutsches Elektronen-Synchrotron) v Hamburku v Německu.

Jednota českých matematiků a fyziků (JČMF), odborný garant Fyzikální olympiády v České republice, z pověření Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy České republiky na soutěž vyslala podle doporučení Ústřední komise Fyzikální olympiády sedmičlennou reprezentaci v tomto složení:

doc. RNDr. Jan Kříž, Ph.D., Univerzita Hradec Králové, vedoucí delegace,
RNDr. Filip Studnička, Ph.D., Univerzita Hradec Králové, zástupce vedoucího delegace,

soutěžící – individuální členové českého družstva:

Jiří Kohl, absolvent Biskupského gymnázia Brno,
Aleš Opl, absolvent Gymnázia a Hudební školy hl. m. Prahy
Hynek Jakeš, absolvent Slovanského gymnázia Olomouc,
Ondřej Škrna, absolvent Gymnázia Budějovická, Praha,
Josef Vácha, absolvent Gymnázia J. Keplera, Praha.

Náhradníkem soutěžících (necestujícím) byl Václav Maštera, absolvent Gymnázia Pierra de Coubertina v Táboře. Cestovní náklady a pojištění české delegace a vložné byly uhrazeny z prostředků poskytnutých JČMF Ministerstvem školství, mládeže a tělovýchovy, veškeré pobytové náklady finančně pokrylo Spolkové ministerstvo školství a výzkumu společně s DESY.

Uvedení členové českého družstva byli vybráni na základě výběrového soustředění (konaném 21. – 22. 4. 2022 na katedře fyziky Přírodovědecké fakulty Univerzity Hradec Králové). Na toto soustředění bylo pozváno 9 nejlepších řešitelů (vítězů) celostátního kola 63. ročníku Fyzikální olympiády (FO) kategorie A (konaného v březnu 2022 v Plzni). Během dvou dnů byly účastníkům soustředění zadány tři teoretické a dva experimentální náročné testy na úrovni úloh MFO. Na základě výsledků těchto testů, s přihlédnutím k výsledkům v celostátním a krajském kole vybrali vedoucí delegace pět reprezentantů na MFO a jednoho náhradníka.

Další příprava probíhala ve dvou etapách: jednak korespondenční formou, jednak na dvanáctidenním intenzivním soustředění v prostorách katedry fyziky Přírodovědecké fakulty Univerzity Hradec Králové v červnu 2022.

Delegace nastoupila cestu na 52. MFO v sobotu 9. 7. 2022. Z Prahy dorazila vlakem do Hamburku v odpoledních hodinách. Studenti byli ubytováni přímo v areálu DESY, vedoucí pak v nedalekém hotelu NH Hamburg Altona. Organizátoři poskytli studentům i vedoucím velice pohodlné ubytování. Veškerý program soutěže proběhl v prostorách DESY.

Program soutěže

Společným oficiálním programem pro soutěžící studenty a jejich vedoucí bylo slavnostní zahájení (neděle 10. 7. dopoledne) a slavnostní zakončení (neděle 17. 7. v poledne). Němečtí organizátoři připravili ještě několik společných večeří, ať už v jídelně DESY nebo v restauracích v Hamburku. V sobotu večer pak zorganizovali společnou večeři, na které se podávalo švýcarské sýrové fondue. Společným programem byla také velice zajímavá exkurze do laboratoří DESY (pondělí odpoledne), přednáška prof. Axela Linderena (pátek večer) a také celodenní doprovodný program (čtvrtek) zahrnující vyjížďku lodí do přístavu a návštěvu světa miniatur v Hamburku.

Pro studenty byly připraveny dva soutěžní půldny (pondělí a středa dopoledne). Začínalo se simulačními úlohami, které nahradily úlohy experimentální, teoretické úlohy přišly na řadu jako druhé. Ve zbylém čase němečtí organizátoři připravili další program, který upravovali dle přání studentů.

Vedoucí věnovali dva celé dny (neděle a úterý) diskusím úloh a jejich následným překladům do národních jazyků. Dále pak opravě úloh a moderacím, tj. diskusím s komisemi hodnotitelů o hodnocení úloh.

Je nutno ocenit, že příprava a organizace vlastní soutěže byla vzhledem k rekordně krátkému času na velmi vysoké úrovni, na jednání mezinárodní rady byl použit software, vyvinutý pro tyto účely pro 47. MFO organizované taktéž ve Švýcarsku, který se opět velmi osvědčil. Organizátoři (švýcarští i němečtí) zanechali velice dobrý dojem z celé olympiády.

Úlohy soutěže

Dvě experimentální úlohy byly, podobně jako tomu bylo v letech 2020 a 2021 na Evropské fyzikální olympiádě, nahrazeny úlohami simulačními. Tedy soutěžící měli k dispozici program spuštěný na počítači, do kterého zadávali vstupní parametry měření, a počítač vracel výsledky.

První úloha se týkala zjišťování informací o neznámé planetě, kde se soutěžící z neznámých důvodů ráno probrali. Na planetě vybudovali věž, ze které mohli pouštět z různých výšek míčky s různými poloměry a různými hustotami. Měli za úkol zjistit tíhové zrychlení na planetě, poloměr planety a hmotnost planety. Dále studovali vlastnosti atmosféry, určovali rychlost vanoucího větru, hustotu vzduchu na povrchu planety, tloušťku atmosféry, tlak na povrchu a molární hmotnost vzduchu. Na závěr ještě odhadovali délku dne na planetě.

Tématem druhé úlohy byla válcovitá vakuová dioda. V zadání mohli měnit geometrické parametry diody (což by v reálném experimentu bylo nerealizovatelné!) Na základě měření měli zjistit, jak maximální proud diodou závisí na geometrických parametrech a na napětí.

Všechny tři teoretické úlohy předložené organizátory byly extrémně náročné a vyžadovaly pokročilé znalosti fyziky a vytváření fyzikálních modelů.

První úloha byla zaměřena na permanentní magnety. Studovali pole řetízku vytvořeného z kulových magnetů a následně i pole rovinných uspořádání kulových magnetů.

Druhá úloha nemohla být aktuálnější. Jejím tématem byl vesmírný teleskop Jamese Webba a jeho optické vlastnosti. Dále se řešila termodynamika chlazení infračervených kamer v teleskopu.

Třetí úloha byla vlastně souborem čtyř nezávislých úloh, jejichž společným jmenovatelem bylo škálování. Vždy byl popsán nějaký fyzikální jev a otázka zněla, jak se změní některá veličina při zadané změně veličiny jiné.

Účastníci soutěže

Soutěže se nakonec aktivně zúčastnilo celkem 368 studentů ze 75 států a teritorií z pěti světových kontinentů (Evropy, Asie, Austrálie, Afriky a obou částí Ameriky). Mimo 75 států soutěžilo 10 jednotlivců pod neutrální vlajkou, jednalo se o soutěžící z Ruska a Běloruska. Některé delegace měly počet soutěžících menší než pět. Mezi 75 zúčastněnými státy bylo 24 států Evropské unie, tradičně soutěžící nevyslala Malta a Irsko a překvapivě ani Finsko.

Výsledky

Podle statutu soutěže byly uděleny minimálně 8 % soutěžících zlaté medaile, dalším 17 % stříbrné, dalším 25 % bronzové medaile a dalším 17 % čestná uznání. Bodové hranice na získání příslušného ocenění byly dle platného Statutu MFO stanoveny před tzv. moderacemi (individuální diskusi vedoucích národních delegací se členy komisí opravovatelů k opravám), počet medailí je tedy větší, než by odpovídal výše uvedeným procentuálním podílům.

Po konečném stavu hodnocení zlatou medaili získalo 39 soutěžících (10,6 %), stříbrnou 71 soutěžících (19,3 %) a bronzovou medaili 97 soutěžících (26,4 %). Čestné uznání bylo uděleno 95 soutěžícím (25,8 %). K nejlepším řešitelům patří již tradičně jednotlivci družstev těchto států: Čína, Korea, Rumunsko, USA, Vietnam, Tchaj-wan, Indie, Kazachstán, Německo a Singapur. Nejlepší ze zemí Evropské unie se stalo opět tradičně Rumunsko na 3. místě v neoficiálním pořadí států, viz příloha č. 2. Česká republika se v tomto pořadí států zařadila na 30. příčku (8. místo v EU). Umístění blížící se první třetině startovního pole lze považovat za úspěch.

Na prvních pěti místech v absolutním pořadí se seřadili 5 studentů z Číny, přičemž bodový rozdíl mezi nejhorším Číňanem a nejlepším studentem ze zbytku světa (reprezentujícím USA) byl více než 5 bodů, což je vzhledem k maximálně možnému dosažitelnému skóre 50 bodů skutečně mimořádné.

Letošní výsledky jednotlivých českých řešitelů jsou tyto:

Josef Vácha, stříbrná medaile, 71. místo v absolutním pořadí;
Aleš Opl, stříbrná medaile, 97. místo;
Jiří Kohl, bronzová medaile, 131. místo;
Hynek Jakeš, bronzová medaile, 177. místo;
Ondřej Škrna, 306. místo.

Závěr

Výsledky 52. MFO ukázaly, že členové českého družstva v obrovské konkurenci uspěli, byli na soutěž tedy pečlivě vybráni. Soutěžící se na soutěž dobře připravili. Bohužel stále více vychází najevo, že se naši středoškoláci nemohou srovnávat se svými vrstevníky z především asijských zemí. Ačkoliv všech pět českých soutěžících bez diskuse prokázalo znalosti a experimentální dovednosti na mnohem vyšší úrovni, než by odpovídalo současným středoškolským požadavkům, světová špička je dnes ještě dál.

Opět je vidět, že se našim reprezentantům lépe dařilo v experimentální, resp. simulační, části soutěže, kde dosáhli nadprůměrných výsledků. Vzhledem k tomu, že prostor na experimentování na školách je malý, domníváme se, že jde o úspěch systematické přípravy na MFO na PřF UHK.

Příští MFO proběhne v červenci 2023 v Japonsku. Česká delegace již obdržela pozvání k účasti.

V Hradci Králové dne 14. srpna 2022

doc. RNDr. Jan Kříž, Ph.D.

RNDr. Filip Studnička, Ph.D.

Přílohy (pdf)

Reprezentace České republiky na 52. Mezinárodní fyzikální olympiádě v Hamburku v roce 2022. Zleva: Filip Studnička (zástupce vedoucího delegace), Josef Vácha (stříbrná medaile), Hynek Jakeš (bronzová medaile), Ondřej Škrna, Jiří Kohl (bronzová medaile), Aleš Opl (stříbrná medaile), Jan Kříž (vedoucí delegace).