Os enunciados originais em inglês estão disponíveis no site da competição. Seguem traduções livres dos enunciados.
1. Invente você mesmo: Câmera pinhole
Investigue a disposição ótima de pinholes em um filme opaco para produzir óculos escuro que reduzem a intensidade da luz e ajudam a corrigir a miopia.
2. Espectrômetro de disco
As trilhas de dados em mídias ópticas (como CDs e discos Blu-ray) se comportam como redes de difração por reflexão de alta qualidade. Quando iluminados, esses discos podem dispersar a luz em seus componentes espectrais. Construa um espectrômetro usando um disco óptico digital. Otimize o projeto para maximizar o poder de resolução e minimizar as aberrações ópticas.
3. Bola lesma
Uma esfera oca contém uma bola pesada e um pouco de fluido viscoso. O rolamento dessa esfera em um plano inclinado é irregular e surpreendentemente lento. Explique e investigue esse efeito.
Por onde começar?
- Para construir o aparato, tente usar uma bola de acrílico transparente (do tipo que é usado para fazer ornamentos DIY de natal) como bola externa e tente usar apenas o líquido viscoso. O fenômeno ainda acontece?
- Tente variar a quantidade de líquido viscoso na bola. Será que uma bola completamente cheia ainda rola lentamente? E uma apenas um pouco cheia?
- Existe algum padrão específico para o movimento? Os intervalos de “pausa” da esfera são regulares?
Fenômeno
4. Capacitor cantante
Alguns tipos de capacitores de cerâmica emitem um som audível quando uma voltagem alternada é aplicada entre seus terminais. Investigue as características do som produzido e como elas dependem dos parâmetros relevantes, como a tensão, a frequência e as propriedades do capacitor.
5. Pêndulo em formato de “Y”
Construa um pêndulo de Bowditch (um pêndulo cujas cordas formam formam um formato de “Y”). Investigue como os padrões de Lissajous gerados pelo peso do pêndulo dependem dos parâmetros relevantes.
Por onde começar?
- Por que o pêndulo precisa ser em formato de Y? Qual é a diferença de seu movimento harmônico para um movimento harmônico de um pêndulo simples?
- A figura de Lissajous formada é constante? Como ela varia ao longo do tempo?
- Muitos experimentos com o pêndulo de Blackburn usam areia como forma de demarcar a figura criada. Por conta disso, o peso do pêndulo diminui ao longo do tempo. Como isso afeta o fenômeno?
Fenômeno
6. Vendo o som
Uma fina membrana de borracha é esticada sob um suporte circular e posta a vibrar por um auto-falante. Um pequeno espelho é conectado à membrana, e um feixe de laser é refletido por ele em direção a uma tela distante. Sob certas condições, o laser delineia padrões geométricos complexos, estáveis ou em constante evolução. Investigue a relação entre os parâmetros de excitação, as propriedades da membrana e os padrões de luz resultantes.
Por onde começar?
- Construa o aparato e divirta-se! Quais padrões você consegue descobrir alterando o som e a que conclusões preliminares você pode chegar?
- Tente analisar o comportamento dos padrões com a mistura de ondas sonoras simples, como ondas senoidais (um resultado importantíssimo da matemática é que qualquer onda sonora pode ser decomposta em ondas senoidais -> a transformada de Fourier!)
- Se o alto-falante fosse colocado no vácuo – ou seja, onde o som não pode se propagar – será que o fenômeno ainda ocorreria?
Fenômeno
7. Funil afundante
Quando um funil de longa haste e suficientemente pesado é liberado verticalmente na água com a haste apontando para baixo, ele sofre uma série de oscilações verticais amortecidas enquanto gradualmente afunda. Investigue o movimento e a estabilidade do funil afundante e as condições sob as quais ele tomba.
8. Disco impulsionado para cima
Um disco circular é suspenso do ponto no qual é comprimido entre duas rodas, ficando livre para oscilar como um pêndulo. Uma das rodas é acionada por um motor, então exercendo uma força vertical para cima sobre o disco. Investigue o movimento do disco.
9. Bokeh fotográfico
Bokeh é um efeito observado em fotografias que mostram objetos a distâncias diferentes da câmera e apresentam tanto regiões nítidas quanto fora de foco. Se uma fenda é colocada na frente da lente da câmera, a imagem pode ter distorções anisotrópicas incomuns em regiões fora de foco, enquanto regiões em foco se mantêm sem distorções e nítidas. Investigue como as propriedades e a nitidez das imagens resultantes dependem dos parâmetros relevantes.
10. Vórtice de ar
Ponha um pequeno ímã no fundo de um recipiente preenchido com líquido e ponha-o em rotação usando um agitador magnético. Acima de uma certa velocidade de rotação, um estreito canal de ar se forma, se estendendo da superfície do líquido até o próprio agitador magnético. Investigue e explique esse fenômeno.
11. Isolamento acústico
O isolamento acústico de uma sala pode ser comprometido se a porta não for fechada adequadamente, mesmo que a fresta seja extremamente pequena. Investigue como o formato e o tamanho de uma pequena abertura afetam a transmissão do som.
12. Truque da linha pontilhada
Sob certas condições, quando um pedaço de giz é arrastado sobre um quadro negro, o tracejado resultante não é uma linha contínua, mas uma sequência de pontos, ainda que o movimento seja ininterrupto. Isso também pode ocorrer com outros materiais de escrita e superfícies. Investigue os parâmetros físicos que governam esse fenômeno.
13. Pêndulo-vórtice
Um pêndulo com um peso cilíndrico orientado verticalmente é suspenso acima de um canal de água corrente. Quando o peso é parcialmente submerso, o fluxo pode fazer com que o pêndulo oscile em uma direção perpendicular ao fluxo. Explique esse fenômeno e determine como ele depende dos parâmetros relevantes.
14. Vermes não-Newtonianos
Um fluido não-Newtoniano dilatante (como uma suspensão de água e amido de milho) é vibrado verticalmente em um reservatório. Sob certas condições, estruturas vermiformes que surgem da superfície podem se formar. Explique e investigue esse fenômeno.
15. Bebida gelada
Uma lata ou garrafa de uma bebida à temperatura ambiente pode ser resfriada em uma caixa térmica contendo gelo. Adicionar sal e álcool ao gelo pode aumentar a taxa de esfriamento e afetar a temperatura final da bebida. Investigue como os parâmetros relevantes afetam a menor temperatura alcançável e a máxima taxa de esfriamento.
16. Carrossel magnético
Vários ímãs de neodímio são encaixados em um disco horizontal, com ímãs adjacentes orientados em direções opostas. Uma chapa fixa não magnética é colocada horizontalmente acima do disco. Quando o disco gira em torno de seu eixo vertical e uma bola de metal é colocada sobre a chapa, a bola pode se mover ou na mesma direção ou na direção oposta à rotação do disco. Investigue esse fenômeno e determine como o movimento depende dos parâmetros relevantes.
17. Capa de livro caindo
Um livro é colocado horizontalmente, e a capa, parcialmente aberta, é liberada para cair. Investigue o movimento da capa em queda.
Por onde começar?
- Quais são os efeitos do peso e área da capa no fenômeno?
- Existe uma velocidade crítica para a ejeção do ar?
- Existe um ângulo mínimo para que o fenômeno ocorra?
Fenômeno
Link: https://doi.org/10.1119/5.0106926 (American Journal of Physics; “Como o ar desalecera a queda de um livro”)