Магнитната левитация, Триещият се осцилатор и Малкият взрив

„Статичен цилиндричен съд с въртяща се плоча в близост до долната му повърхност е частично запълнен с течност. При определени условия формата на водовъртежа става подобна на многостен. Обяснете това явление и изследвайте зависимостта от съществените параметри.“ От своя страна, „При определени обстоятелства „бобчето“ на магнитна бъркалка може да се издигне нагоре и да левитира стабилно във вискозна течност по време на разбъркването. Изследвайте произхода на динамичната стабилизация на „бобчето“ и как тя зависи от съществените параметри.“

Това са само две от дванайсетте задачи, по които четиримата колежани от отбора „Малък взрив“ работиха през последните месеци, за да защитят своите решения на Националния кръг на Международния турнир на младите физици, който се проведе през изминалите почивни дни в Кюстендил. Щателната подготовка, безсънните нощи и отличната сплотеност като екип на дванайсетокласниците Николай Митев (капитан на отбора) и Гергана Пейкова, единайсетокласника Тодор Кюркчиев и десетокласника Атанас Илиев заслужено изведе „Малък взрив“ начело, както в предварителните, така и на окончателните физични „битки“, което им донесе златни медали.

Ето какво сподели Николай: „Задачата за триещия се осцилатор е една от тези, които най-много ми допаднаха. При нея основният случай е сравнително лесен за решаване. То е едно диференциално уравнение от втори ред, което, макар да не звучи като най-лесното нещо, на фона на останалите решения, не е кой знае какво предизвикателство. В условието не е уточнено дали цилиндрите трябва да се въртят навътре или навън, а това променя самата задача изключително много. На теория, след разписване на решението се очаква масивният предмет да започне да трепти в хармонична осцилация, когато цилиндрите се въртят навътре. Ако се въртят навън, теоретично се получава една хиперболична функция, която показва, че не е дефинирано какво се случва между 0 и 1 и, практически, обектът пада. Разписаното на хартия решение ни създаде ясно очакване за резултатите от практическия експеримент, но когато сглобихме установката за него, останахме доста изненадани. Освен трептенето, масивният предмет започна да се върти, предизвикано от сили, които теоретичният модел не предсказва. С промени в радиуса и скоростта на въртене на цилиндрите постигнахме други ефекти, които доведоха до съвсем нови явления. На теория очаквах едно нещо, а в експериментални условия видях друго и ми беше много интересно и забавно да се опитам да разбера защо.“

Участието във всички кръгове от Международния турнир на младите физици е екипно, което е ключов фактор за успех. По време на активните физични „битки“ всеки един от нашите състезатели изпълнява конкретна роля, те постоянно са в контакт и подготвят в реално време анализи, презентации, идеи за модериране на дискусии и точки за обсъждане. Николай разказа: „Нашият екип е страхотен, с всеки един от тях се познавам добре и отдавна и всички са големи професионалисти по физика  и в други сфери. Например Тодор, освен физик, е и астроном. Той не само има международен състезателен опит в решаването на задачи, но и в убедителното защитаване на своите идеи. Гергана е страхотен физик и теоретик. Тя проведе експеримента за магнитната левитация и прекара дни в лабораторията по физика, снимайки с телефон въртенето и левитацията на бъркалките в една вискозна течност. Никой от другите отбори на турнира не си беше направил труда и проявил търпението да го направи и така прецизно и професионално да запише всички измервания и да обработи всички данни. Атанас е брилянтен математик. Той беше разработил десет слайда теория на една задача, уравнения, матрици, лагранжиани, за да опише движението на едно махало в пет степени на свобода. Когато дойде и поднесе своето решение, ние бяхме във възторг. Беше написал и компютърна симулация, която предвиждаше какво точно ще се случи и наблюдавахме взаимовръзка между данни и експеримент, което също беше невероятно. Явно ние четиримата сме уцелили правилната формула, за да успеем да достигнем финала и да го спечелим.“

„Поздравявам нашите ученици за изключителната работа в екип и месеците последователен труд върху теоретичните и експериментални изследвания на задачите.“ – коментира д-р Красимира Чакърова, преподавател по физика, Ръководител на катедрата по природни науки в колежа и на отбора.