Fyziklání 2024

Nemáte do konce týdne co dělat? Výborně! Můžete se pustit do historicky nejdelšího článku našeho blogu. Na svědomí ho má osm chytrých hlav, co se dalo dohromady na pražském Fyziklání. Kdo ho celý přečte, může si vyzvednout odměnu v kanceláři.

17 minut ke čtení vloženo před 2 měsíci

Fyziklání – to není jen mezinárodní fyzikální soutěž, ale hlavně zkušenost, vědomosti a kvalitně strávený čas během našich jarních prázdnin. Ano, už zase. Tento stručný článek vás provede naší čtyřdenní poutí do obce poblíž Ostravy – Prahy.

Pouť nezačala nikde jinde než na vlakovém nádraží v Dačicích, kdy skupina 6+1 vyrazila ve středu v 10 hodin směr Jihlava. Po příjezdu do Prahy jsme se setkali s osmým členem výpravy, který cestoval z Opavy. Nakoupili jsme lítačky a jízdenky a mohli jsme vyrazit na hostel PLUS, který věrný čtenář článků zná z DSEF 2023.

Celý článek je prošpikován náhledem Mikuláše Hlíny (kurzívou) na konzumaci potravin a tekutin, protože na hlad není místo. I když vzhledem k půstu na nás Matěj ve středu smutně a hladově koukal, bylo nám ho líto, ale jeho čas nakonec přišel.

S odpoledním a nočním programem nás seznámí Honza Utíkal, jenž je strůjcem většiny aktivit, kterých jsme se mimo Fyzikální zúčastnili.

Po rychlém ubytování a vydatném občerstvení (CHEESUS CRUST Grilled Cheese) jsme se vydali do Chlupáčova muzea historie Země, které se nachází (doslova) pod Přírodovědeckou fakultou Univerzity Karlovy. V muzeu jsme se dostali od zrození celého vesmíru, přes zkameněliny, fosilie a kostry až do doby ledové. Expozici dominovaly dvě kostry – kostra Carnotaura a kostra Pteranodona, Prohlédli jsme si též ukázky předmětů z českých expedic a model stegosaura z filmu Cesta do pravěku.

Po muzeu jsme se pražským MHD dopravili do kavárny Bohemia Boards and Brews. V této kavárně jsme si dali něco málo na chuť, a především si zahráli deskovky. Poté jsme se rozdělili na dvě skupinky. První skupinka zkusila pochopit anglická pravidla hry Axis and Allies (1. vydání) – bohužel neúspěšně; následně si vzala známou hru Double a Krycí jména a završila večer deskovou hrou Zaklínač. Druhá skupinka si mezitím zahrála jim známou hru BANG!, Joking hazzard, What do you meme? a další.

Něco málo? BBQ bacon cheese dog, mac&cheese a popcorn jako KRÁVA! Dámy jedly spořádaně: Hummus & bread sticks or Vegetables apod. Když jsme se dostavili na hotel bylo těsně před půlnocí a Matěj si pak s úderem půlnoci mohl hrdě dát svůj zasloužený gothajský salám s chlebem.

Čtvrtek patřil akci Jeden den s fyzikou, kde na celou skupinu čekalo mnoho přednášek a exkurzí. Jednotlivé části nám přiblíží všichni účastníci. Nejprve však proběhla snídaně: někdo Májku, jiný pomazánkové máslo, Klárka zbytek z CHEESUS CRUST (skořicový šnek) a ostatní to, co měli z domova.

Fyzika v experimentech – Matěj Kopeček
Tématem mojí první přednášky v budově fyzikálního ústavu MFF UK byly fyzikální experimenty. Měl jsem možnost vidět experimenty napříč všemi obory fyziky. Od volného pádu, přes rozklad světla až po mlžnou komoru a Teslův transformátor. Každý pokus byl doplněn teorií k tématu, které bylo pomocí pokusu demonstrováno. Přednáška vyvrcholila ukázkou Teslova transformátoru, který zahrál známou melodii, již jsem však nerozpoznal.

Extrémní jevy v měnícím se klimatu – Denisa Lojková
Co způsobuje rychlý růst teploty na naší planetě a co to dělá s počasím? To přesně jsme se dozvěděli na přednášce „Extrémní jevy v měnícím se klimatu“. Toto téma nás všechny zaujalo, a také bavilo. Dozvěděli jsme se mnoho důležitých informací a pár informací nám bylo objasněno a dovysvětleno.

Světélkování aneb studené světlo – Jakub Nemčik
Přednáška započala zahájením JDF, při kterém zazněla otázka: „Jste matematici, nebo fyzici?“ Řešení kvízové otázky je nasnadě: fyzik se při luštění křížovky snaží vyluštit jen tajenku a matematik nemůže být v klidu, dokud nevyplní všechna políčka. Já jsem matematik. A vy?
Využití luminiscence v praxi je nám známo – bankovky, LED, …ale věděli jste, že se využívá u analogového nočního vidění? Nebo v kriminalistice? Celá přednáška byla proseta malými experimenty a ukázkami, které byly působivé.

Optimalizujeme život matfyzáka: Od hledání lanýžů po neuronové sítě – Mikuláš Hlína
Přednáška začala zhruba v 10 a ihned mě pan doktor Čermák zaujal faktem, že ve své prezentaci také používá příklady z praxe. Přednášel o pravděpodobnosti a gaussovských procesech a jak se dají využít. Ve své prezentaci také využíval příklady z Pythonu a různé grafy. Dozvěděli jsme se jak tyto procesy optimalizovat a jak závisí na pravděpodobnosti. Zjistili jsme, že gaussovská funkce se dá využít od ARES tvoření nanotrubek až po sbírání lanýžů nebo hledání správného poměru kečupu a špaget. Před přednáškou jsem si v automatu koupil dvě vody za cenu jedné (nechápu jak).

Atómy v pohybe: Pozorovanie a simulácia v nanoríši – Jakub
Zajímavá přednáška ve slovenštině, která začala teorií a končila praxí. Z teorie mě zaujala tabulka poloměrů jednotlivých prvků. Poté jsme se dostali k neutronovým mikroskopům, protože ty optické nám nedovolí vidět atomy. Vysvětlili jsme si rozdíly mezi jednotlivými mikroskopy a metodami měření. Přenáška končila simulacemi, které se využívají před samotným experimentem.

Vlna, nebo částice? Sto let objevu dualismu – Honza
Další přednáška, které se někteří z nás účastnili, byla přednáška „Vlna, nebo částice? Sto let dualismu“, v této přednášce jsme poznali historii dohadů, zdali je světlo vlna – což prokazoval Yungův dvouštěrbinový experiment – nebo je-li světlo částice, za čímž si stál jeden z největších fyziků – Isaac Newton. Tyto dohady nakonec vyřešila kvantová hypotéza, podle které se veškeré částice (tedy světlo i hmota) chovají jako hmota a vlna zároveň.

Biofyzika na pomezí kvantového světa – Klára Pechová
Biofyzika na pomezí kvantového světa nahlíží na vznik fotosyntézy pomocí kvantově-mechanických měření a porovnává je s přístupem klasické fyziky. Fotosyntetické ,,antény", které přenáší fotony fungují efektivněji díky superpozicím. Můžeme tedy říct, že rostliny jsou podobné kvantovým počítačům? Na přednášce jsme se dozvěděli, že ne. Jelikož silné interakce mezi pigmenty umožňují pouze pohyb symetrický, nikoliv antisymetrický. Komplikované téma zpříjemnilo profesorovo nadšení pro věc, které rychle přenesl i na nás.

Neutrony v nás i kolem nás a jak je použít pro výzkum – Tomáš Sommer
Proč se neutrony používají v neutronových mikroskopech? Má to několik důvodů, ale hlavním je ten, že neutrony nemají žádný náboj, takže na ně nepůsobí téměř žádné síly. Jediná věc, která může změnit jejich trajektorii, je náraz do atomového jádra, kde se odrazí do detektoru. Navíc neutrony mohou reagovat na magnetické síly. Neutrony můžeme generovat několika způsoby: štěpením (reakce v klasickém reaktoru) nebo spalací, což je chemická reakce, která produkuje mnohem více neutronů než štěpení. Mnoho neutronových mikroskopů bylo zavřeno, ale ve Švédsku se dokončuje nový.

Mezi dopolední a odpolední částí byla na přesun jen hodina (Karlov – Troja), proto jsme obětovali jednu přednášku a skočili jsme si na oběd. Maslowova pyramida potřeb hovoří jasně – nejdříve žrádlo, potom seberealizace. Vybrali jsme si stánek DoRohlíku, kde dělají různá jídla v rohlíku. Vyzkoušeli jsme všechny příchutě: koprovku, divočáka se šípkovou, španělského ptáčka, kuře na paprice a svíčkovou a moc nám to chutnalo.

Pokračujeme odpoledním programem:

Co se můžeme dozvědět o vesmíru pomocí počítačových modelů – Jakub
Vesmír a pohyby v něm můžeme sledovat, ale také můžeme předpovídat, jak bude pohyb v budoucnu vypadat. Soustavu dvou těles počítáme již v prvním ročníku (gravitační pole), ale co když máme v soustavě tělesa tři, čtyři, …deset, …tisíc? Pak přichází na řadu počítač. Stačí jen integrovat pohybové rovnice (jak prosté).
Hned v úvodu přednášky jsem uslyšel tuto větu: „Degenerovaná elipsa je kružnice.“ Doposud jsem používal větu: „Kružnice je speciální případ elipsy.“ Kdo má pravdu?
Fascinovalo mě to, že se na hvězdy nedíváme jako na hmotné body, ale na tělesa, která se vyvíjí, protože simulace předpovídají pohyb těles v řádech stovek let. Další zajímavostí byl čas výpočtů simulace, který může být i v řádech týdnů/měsíců na superpočítačích, např. na VŠB-TU v Ostravě.

Vodík jako zdroj energie budoucnosti – Tomáš
Vodík je dlouho diskutovaným tématem v oblasti ekologie jako alternativa k elektrickým bateriím. Avšak vodík má několik výhod, např. lepší poměr hmotnosti k uložené energii a mírně lepší účinnost. Během této exkurze jsme se dozvěděli, jak se snaží zlevnit výrobu vodíku odebráním přebytečného katalyzátoru (iridia nebo platiny), protože reakce probíhá na povrchu.
Tým na Matematicko-fyzikální fakultě se snaží ověřit způsob nanášení tenké vrstvy iridia o několik mikrometrů na vrstvu nějakého levnějšího kovu, například železa, které zajistí pevnost tohoto materiálu. Dále se jim podařilo povrch zvroubkovat, čímž zvýšili povrch katalyzátoru, aniž by změnili velikost ostatních dílů, a zajišťují tak větší produkci. Tento postup je již patentován. Způsob nanášení tenké vrstvy kovu se již používá v mnoha odvětvích, a je to velmi známý proces, což by mělo znamenat levnější výrobu. Tým spolupracuje s jednou firmou, kde experimentují s možnostmi hromadné výroby.

Plazma ve vesmíru a v laboratoři (exkurze) – Mikuláš
Tato exkurze byla rozdělena na dvě části, první byla v laboratoři, kde jsme zjišťovali co to plazma je a jak vzniká, tato část byla zajímavá. Ta druhá část byla pravý opak, byla nudná a zdlouhavá, stáli jsme na chodbě vedle transformátoru a neonové výbojky a dozvídali jsme se o teplotní roztažnosti skla.

Plazma ve vesmíru a v laboratoři (přednáška) – Petra Prknová
Na druhé čtvrteční přednášce jsme cestovali vesmírem, kde jsme byli až nebezpečně blízko hvězdám, skrz atmosféru až do laboratoří za objevením výskytu a vlastností čtvrtého skupenství hmoty – plazmatu. Po této „náročné“ cestě jsme se pozastavili nad vývojem využití tohoto ionizovaného plynu k získání energie v tzv. tokamacích a stelarátorech, jejichž problematika nám byla podrobně vysvětlena.

Entropie – královna fyzikálních veličin – Klárka
Poslední čtvrteční přednáškou byla "Entropie – královna fyzikálních veličin" od profesora Petra Chvosta. Přesvědčili jsme se, že i tak komplikované téma lze představit hravě a interaktivně. Potvrzujeme, že občas zkrátka musí profesor doslova skákat po stole, aby se ti „skotáci“ něco naučili. Přednáška nám také přinesla univerzální odpověď na otázku, proč se dějí veškeré (nejen) fyzikální jevy: ,,Protože entropie neustále v čase roste."

Po pořádné porci informací jsme se přesunuli na nedaleké ubytování, kde jsme odhodili batohy a vydali se na noční program, který započal večeří.

K večeři jsme usedli v asijská restauraci, která se nachází na Václavském náměstí. Na této tradiční zastávce jsme si objednali křupavé kuře, pečenou kachnu na horké plotýnce s nudlemi, kachnu a nějakou smaženou rýži a Klárka tofu.

Noční procházka pokračovala výjezdem lanovou dráhou na Petřín, kde jsme navštívili místní observatoř. Prohlédli jsme si tamní expozici a poté jsme se podívali dalekohledem na Měsíc a Jupiter s jeho měsíci. Odtud jsme se tradičně vydali k pražskému metronomu a následně jsme se vrátili zpět na hotel.

Samozřejmě zde nemohla chybět drobná zastávka v jednom fast foodu, protože hladovci měli hlad.

Pátek (den „D“) započalo pět osmin skupiny relaxem. Součástí ubytování byl bezplatný bazén a sauna. Voda byla trochu studenější, což nevadilo plavícímu se lednímu medvědovi na kře uprostřed bazénu. Mnozí zkusili snídani v nedalekém bistru. Řízek na snídani? No problem. Po nastartování dne jsme se vydali na Letňany do PVA EXPO PRAHA. Letos se soutěže zúčastnilo přes 250 týmů ve třech kategoriích s celkovým počtem okolo 1 200 účastníků. Tato mezinárodní soutěž je obtížností na vysoké úrovni. Naši školu reprezentovali dva týmy. Jejich pohledy na soutěž nám za tým „Kostky cukru“ představí Petra a za tým „Fyzikální skeptici“ Matěj.

Petra
Začali jsme tak horlivě, že jsme málem roztrhli i úlohy, které byly uloženy v zapečetěné obálce. Ale jen co náš zrak padl na obsah úloh, horlivost se kamsi vypařila. Byla to velká španělská vesnice. Brzy nám sice svitla jiskřička naděje, jež ale zase pohasínala. Avšak se střídáním návalů zlosti nad naší neschopností, a naopak radosti nad vyřešenými úlohami se nám podařilo se probojovat z poslední příčky do lepší části žebříčku. Z individuálního řešení příkladů jsme se přesouvali ke společnému, které nám pomohlo odhalit chybu a dokončit myšlenku.

Při ohlédnutí zpátky si čím dál více uvědomujeme krásu oněch tří vyčerpávajících hodin spojených s nekonečným úsilím, snahou, depresemi, ale také skvělou atmosférou.

Matěj
Psal se den 16. února 2024 a tým mladých a nadějných fyziků ve složení: Mikuláš Hlína, Matěj Kopeček, Denisa Lojková a Tomáš Sommer vstupoval do areálu PVA EXPO Praha Letňany. Po kontrole u organizátorů jsme obdrželi obálku s úlohami a adresou našeho místa a nafasovali jsme bagety. Dostali jsme se k našem stolu, vybalili saky paky a čekali na zahájení. Po úvodním ceremoniálu, který byl celý v angličtině, jsme začali pociťovat mírnou nervozitu (tímto nepřímo apelujeme na FYKOS, aby udělal ceremoniál alespoň dvojjazyčně). Poté byla (už dvojjazyčně) představena pravidla a začal odpočet. Rozlepovat obálky! Na nic jsme nečekali a vyndali naši sadu sedmi úloh. Začali jsme podle prvotního plánu rozdali úlohy. Naivně jsme si každý vzal tu pro nás nejzajímavější. Neuběhlo ani 5 minut a moderátor svou nádhernou čengliš hlásil: „Lejdýs end džentlmens frst korekt rezolúšn on fyzikláni tventytventyfór,“ neboli že někdo už správně vyřešil příklad. Úlohy jsme si v týmu přeházeli a v osmnácté minutě soutěže jsem přinesl týmu prvních pět bodů. Pak to však nebylo moc slavné. Podařilo se mi vyřešit ještě jeden příklad za 5 bodů.. V jedné úloze se mi podařilo dle znalostí z jaderné energetiky napodruhé správně trefit výsledek, ale to bylo asi tak všechno. Ať jsme mysleli, co jsme mysleli, na nic jsme nemohli přijít. Soutěž jsme tak skončili s 16 body, ale nevzdáme se. Příští rok se o titul nejlepších fyzikálních nerdů pokusíme znova!

Během soutěže jsme dostali od organizátorů bagetu a za vyřešení několika úloh i čokoládu na posilnění. Po skončení soutěže jsme od vedoucího zájezdu dostali vodu a čokopiškoty. Při odchodu nám organizátoři nabídli ještě jednu bagetu.

Po soutěži jsme započali odpolední program odpočinkem na hotelu, kde se mnozí připravovali na párty, která nás čekala. Někteří lenivěli ve vodorovné pozici a Jakub a Honzou si zahráli biliard

Před párty jsme šli na typickou českou kuchyni a objednali jsme si plněné knedlíky uzeným masem, bramboráčky, lívance, vývar/česnečku a půl kila vepřových žebírek (ty si Matěj poté u sebe nesl následující dva dny).

Páteční večer jsme oslavili na fyzikální párty. Tam jsme konečně zjistili, jak vypadá správný matfyzák na discu! Po párty bylo potřeba dodržet tradici, a tak jsme šli o půl jedenácté na trdelník kousek od Staromáku.

Sobota započala snídaní, kterou jsme měli nakoupenou (Májka a rohlíky, croissanty, rýžové chlebíčky, …). Poté jsme se přesunuli na další přednášky do areálu v Troji. Dopoledne to byly dvě přednášky a odpoledne nás čekal maraton astrofyziky.

Přinese nám jaderná energie zkázu – nebo spásu? [EN] – Denisa
Přednáška byla v angličtině a moc jsme si ji užili. Pojednávala hlavně o tom, jak nám určité věci mohou pomoci a možná nás zachránit, ale když nejsou v dobrých rukou, tak nám mohou přivodit zkázu. Hlavním tématem byla samozřejmě jaderná energie, která může být výborným zdrojem, ale také může mít ničivé účinky v jaderných zbraních, kterých se mnoho starších lidí bojí, a proto tuto myšlenku zavrhli úplně. Také se zde objevila jiná témata jako například chemikálie nebo dusíkatá hnojiva. Přednáška nám také ukázala, jak důležité je stát si za svým názorem a přemýšlet vlastní hlavou. Prostě geniální!

Honba za pokořením limitů rozlišení optické mikroskopie: nahlédneme světlem do nitra molekul – Mikuláš
Přibližně v 11 hodin začala přednáška. Z původních 60 přihlášených lidí se dostavilo jen patnáct, takže jsme se tam „sotva vešli“. Téma bylo mikroskopie a jak si ulehčit život jakožto uživatel jednoho tohoto zařízení. Dozvěděli jsme se, jak čočka láme světelné paprsky, a jak optickou mikroskopii optimalizovat pomocí např. optického vlákna a kovového hrotu. Já ji hodnotím dost pozitivně, byla opravdu hodně zajímavá.

Davové šílenství: nečekané chování systémů mnoha hvězd – Honza
V této přednášce jsme se (někteří znovu) podívali na problematiku několika hmotných bodů (hvězd) v soustavě a jak na sebe působí. Zjistili jsme, jak na sebe působí dvě a tři hvězdy a hvězdy v hvězdokupách/galaxiích.

Mezi dopoledním programem a odpoledním programem byla jen hodina času, tak jsme využili rozvozu a objednali si Bageterii Boulevard. Poté jsme pokračovali maratonem astrofyziky.

Obecná teorie relativity – Honza
V této části maratonu jsme se podívali na základy Einsteinovy obecné teorie relativity (OTR). Vyslechli jsme si, jak se Einstein inspiroval Maxwellovými rovnicemi elektromagnetismu. Poté jsme se podívali na předchůdce OTR – speciální teorii relativity (učivo 4. ročníku), a nakonec jsme se podívali, jak musel Einstein a Eddington obhájit a prokázat funkčnost teorie relativity celému světu pomocí zatmění Slunce (ohyb světla).

Fyzika a vývoj hvězd – Tomáš
Ve druhé čtvrtině astrofyzikálního maratonu jsme se dozvěděli o vzniku hvězd a jejich vlastnostech, jako je například jejich teplota, kterou lze přibližně určit pomocí jejich barvy záření. Červená barva značí nižší teplotu, zatímco přibližování k modrému spektru značí vyšší teplotu. Dále jsme se dozvěděli, že čím větší je hvězda, tím kratší životní cyklus má.

Černé díry a gravitační vlny – Denisa
Černé díry jsou tělesa, která vznikla z velmi hmotných hvězd na konci jejich života – když už neprobíhají termonukleární reakce, převládne gravitace a hvězda se začne hroutit. To někdy slyšel asi každý. Ale věděli jste, že hvězda může obíhat černou díru, a právě tak jsme některé z nich objevili? Já také ne. A dozvěděla jsem se mnohem víc než jen to. Například, že se černá díra o velikosti hmotnosti Slunce vypaří za 10^66 let. Tato přednáška se rozhodně povedla a užila jsem si ji.

Experimentální kosmologie – Petra
V poslední části maratonu astrofyziky s tématem kosmologie jsme se ohlédli zpátky do 19. a 20. století, kde jsme si připomněli jména velkých fyzikálně-matematických myslitelů jako byli A. Einstein, A. A. Friedman, G. Lemaitre a další. Byla zmíněna teorie Velkého třesku nebo také αβγ-teorie známá spíše pod jmény jejích tvůrců R. Alphera, H. Betha, G. Gamowa a R. Hermana. Bohužel měly přednášky zpoždění, a proto jsme ji nedokoukali do konce.

Poté nás čekala už jen cesta domů, kde při přestupu v Jihlavě někteří zvládli ještě rozvoz KFC. Doma už každý jedl svoje, pokud nebyl přecpaný z výletu. Já osobně hodnotím jídlo 7/10, protože bylo celkem drahé (protože Praha), ale bylo zase dobré. Váš gastro reportér Mikuláš Hlína.

Toto je vše z našich cest, zážitků bylo více, než se do tohoto článku mohlo vejít.

Děkuji všem studentům za výborné chování a reprezentaci školy.

Jakub Nemčik