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hours

1. The Experimental competition consists of one problem. This part of the competition lasts 3 hours.

Topic: Electromagnetism Metodi: Physical Modeling Competenze: Physical Reasoning Objects: — Fonte: Testo (PDF) — p.1

orari

1. Il concorso sperimentale è composto da un problema. Questa parte del concorso dura 3

• Per ore.

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2. Please only use the pen that is provided to you.

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2. Si prega di usare solo la penna che vi è stata fornita.

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3. You can use your own non-programmable calculator for numerical calculations. If you don’t have one, please ask for it from Olympiad organizers.

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3. Puoi usare la tua calcolatrice non programmabile per i calcoli numerici. Se non lo fai Se ne avete uno, per favore chiedeteli agli organizzatori delle Olimpiadi.

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4. You are provided with Writing sheet and additional papers. You can use the additional paper for drafts of your solutions but these papers will not be checked. Your final solutions which will be evaluated should be on the Writing sheets. Please use as little text as possible. You should mostly use equations, numbers, figures and plots.

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4. Vi verranno forniti fogli di scrittura e documenti aggiuntivi. Puoi usare la carta aggiuntiva

• Non è vero. - Non è vero. Le vostre soluzioni finali che La valutazione deve essere effettuata sulle schede. Per favore, usi il minor numero possibile di testo. Dovresti La maggior parte delle persone utilizza equazioni, numeri, figure e grafici.

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5. Use only the front side of Writing sheets. Write only inside the bordered area.

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5. Utilizzare solo il lato anteriore delle schede di scrittura. Scrivere solo all’interno della zona di confine.

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6. Fill the boxes at the top of each sheet of paper with your country (Country), your student code (Student Code), the question number (Question Number), the progressive number of each sheet (Page Number), and the total number of Writing sheets (Total Number of Pages). If you use some blank Writing sheets for notes that you do not wish to be evaluated, put a large X across the entire sheet and do not include it in your numbering.

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6. Compila le scatole in cima a ogni foglio di carta con il tuo paese (Paese), il tuo codice di studio (Codice degli studenti), numero di domanda (Nomero di domanda), numero progressivo di ciascun foglio (Nomero di pagina) e il numero totale di fogli di scrittura (Nomero totale di pagine). Se si utilizza Per scrivere le schede in bianco che non si desidera valutare, inserire una grande X l’intero foglio e non lo inserire nel numero.

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7. At the end of the exam, arrange all sheets for each problem in the following order: • Used Writing sheets in order; • The sheets you do not wish to be evaluated • Unused sheets and the printed question. Place the papers inside the envelope and leave everything on your desk. You are not allowed to take any paper or equipment out of the room X International Zhautykov Olimpiad/ Experimental Competition Page 2/3 Magnetic interactions (15 points)

Instruments and equipment: tripod, pendulum with a bead magnet, clay, ruler, magnetic beads, stopwatch, power supply (battery of the voltage 4.5V) , 6 Ohm rheostat, coil, multimeter, switch, connecting wires, nails, piece of chocolate.

The pendulum consists of two wooden chopsticks stuck into the eraser. There are two pieces of clay fixed at the free ends of both chopsticks, the lower piece of clay contains a metal magnetized bead inside. Pendulum axis is simply a steel needle piercing the eraser. Another magnetized bead is mounted on another piece of clay provided. Attention! Do not change the orientation of magnetized beads during the experiment!

Part 1. Interaction with the magnetic field of a coil

Put the pendulum axis on the rack of the tripod. Make sure that the pendulum can make free oscillations without touching the tripod with the wooden chopsticks or the eraser. By changing the clay masses at the ends of the chopsticks make the oscillation period larger than 2 seconds. In the equilibrium position both chopsticks should be vertical. 1.1. Measure the oscillation period of the pendulum. Evaluate the corresponding experimental error. Attention! In the subsequent parts error estimation is not required! Place the coil under the pendulum so that the distance from the center of the coil to the magnetized bead in the pendulum to be approximately equal to half the radius of the coil. Connect the coil to the power supply so that you could change and measure the strength of the current flowing through it. Attention! Be sure to use the key, switch it on while doing measurements only, otherwise the battery will quickly discharge! 1.2. Draw schematically an electric circuit that you have used for making measurements. 1.3. Measure the dependence of the oscillation period of the pendulum on the current in the coil. Plot the corresponding graph. 1.4. Based on the experimental data obtained prove that the force, acting on the magnetic bead, is proportional to the current in the coil. Justify your conclusion graphically. X International Zhautykov Olimpiad/ Experimental Competition Page 3/3 Part 2. Pointlike interactions

Place the magnetized bead fixed on a piece of clay right under the pendulum. The beads should attract each other! It can be assumed that the interaction force is central, i.e. it is directed along the line connecting the centers of the two beads. The magnitude of that force depends on the distance between the centers of the beads according to the law $\text{gammar}$ C F = .

(1) 2.1. Put down the equation of motion of the pendulum in this case. Obtain the formula for the period of small oscillations. 2.2. Measure the dependence of the period of small oscillations on the distance between the centers of the beads. Plot the corresponding graph. 2.3. Using the experimental data obtained, evaluate the exponent $\gamma$ in formula (1). Justify formula (1) graphically.

Part 3. Magnetic piece of chocolate

Let us reduce the damping by changing the design of the pendulum. Stick the upper chopstick into the eraser to make an angle of approximately ${}^{\circ }$ 30 . Stick two nails into the eraser to play the role of two legs on which the oscillations are performed. Attach two beads to the bottom of the pendulum. Make sure that the pendulum is steadily balanced on its legs while performing oscillations. To adjust the pendulum you can mount the ruler in the rack as a support. Place a piece of chocolate under the pendulum, but do not take off its wrap! The lower end of the pendulum should move along the piece of chocolates at a distance of 1-2 mm. It turns out that a piece of chocolate can affect the pendulum motion. 3.1. Establish experimentally which physical characteristics of the pendulum are affected by the piece of chocolate. 3.2. Take necessary measurements to confirm your assumption. Justify your answer graphically.

Topic: Oscillations & Waves, Magnetism, Circuits Metodi: Simple Harmonic Motion Analysis, Free-Body Diagram, Graph Linearization, Experimental Data Analysis, Physical Modeling Competenze: Experimental Data Analysis, Graph Linearization, Mathematical Modeling Objects: Pendulum, Magnet, Coil, Battery, Switch Fonte: Testo (PDF) — p.1

7. Alla fine dell’esame, organizzare tutti i fogli per ogni problema nell’ordine seguente: • Strati di scrittura utilizzati in ordine; • Le foglie che non desiderate essere valutate • fogli non usati e la domanda stampata. Metti i documenti dentro la busta e lascia tutto sulla scrivania. Non ti è permesso portate fuori dalla stanza qualsiasi carta o attrezzatura X Olimpiada internazionale di Zhautykov/concorso sperimentale Pagina 2/3 Interazioni magnetiche (15 punti)

Strumenti e attrezzature: tripod, pendolo con magnete per perle, argilla, reggente, perle magnetiche, orologio fermo, alimentazione (batteria di tensione 4,5V), 6 Ohm reostat, bobina, multimetro, interruttore, collegare fili, chiodi, un pezzo di cioccolato.

Il pendolo è costituito da due bastoncini di legno attaccati all’asciugatrice. Ci sono due pezzi di argilla fissata alle estremità libere di entrambe le bacche, il pezzo inferiore di argilla contiene un metallo Magnetizzata perla all’interno. L’asse del pendolo è semplicemente un ago di acciaio che perfora il cancellatore. Un’altra perla magnetica viene montata su un altro pezzo di argilla fornito. Attenzione! Non cambiare l’orientamento delle perle magnetizzate durante l’esperimento!

Parte 1. Interazione con il campo magnetico di una bobina

Metti l’asse del pendolo sul rack del tripod. Assicurarsi che il pendolo può fare oscillazioni libere senza toccare il tripod con il bastoncini di legno o l’asciugatrice. Cambiando le masse di argilla alle estremità di i bastoni di cioccolatura rendono il periodo di oscillazione superiore a 2 secondi. Nel posizione di equilibrio entrambe le bacche devono essere verticali. 1.1. Misurare il periodo di oscillazione del pendolo. Valutare i errore sperimentale corrispondente. Attenzione! Nella parte successiva, l’errore non è

• E’ necessario! Metti la bobina sotto il pendolo in modo che la distanza dal centro di una bobina di circa uguale entità alla maniglia magnetica del pendolo fino alla metà del raggio della bobina. Collegare la bobina alla alimentazione in modo da poter cambiare e misura la forza della corrente che attraversa. Attenzione! Assicurati di usare la chiave, accendetela mentre fate Solo le misure, altrimenti la batteria si scarica rapidamente! 1.2. Disegna schematicamente un circuito elettrico che hai usato per realizzare misurazioni. 1.3. Misurare la dipendenza del periodo di oscillazione del pendolo dal corrente nella bobina. Tracciare il grafico corrispondente. 1.4. In base ai dati sperimentali ottenuti, si dimostra che la forza che agisce su la perla magnetica, è proporzionale alla corrente della bobina. Giustifica la tua conclusione in modo grafico. X Olimpiada internazionale di Zhautykov/concorso sperimentale Pagina 3/3 Parte 2. Interazioni puntuali

Metti la perla magnetica fissata su un pezzo di argilla proprio sotto il pendolo. Le perle dovrebbero attirarsi l’una l’altra! Si può presumere che la forza di interazione sia centrale, cioè è diretto lungo la linea che collega i centri delle due perle. L’entità di questo La forza dipende dalla distanza tra i centri delle perle secondo il Legge $\text{gammar}$ C F = .

(1) 2.1. In questo caso, metti giù l’equazione di movimento del pendolo. Ottenere il formula per il periodo di piccole oscillazioni. 2.2. Misurare la dipendenza del periodo di piccole oscillazioni dalla distanza tra i centri delle perle. Tracciare il grafico corrispondente. 2.3. Con i dati sperimentali ottenuti, valutare l’esponente $\gamma$ nella formula (1). giustificare la formula (1) in modo grafico.

Parte 3. Magnetico di cioccolato

Riduciamo l’ammortizzazione modificando il design del pendolo. Infichi la bacchetta superiore nel cancellatore per creare un angolo di approssimativamente ${}^{\circ }$ 30 . Infichi due chiodi nel cancellatore per svolgere il ruolo di due gambe su cui sono effettuate le oscillazioni. Aggiungete due perle il fondo del pendolo. Assicurarsi che il pendolo sia costante in equilibrio sulle gambe mentre esegue oscillazioni. Per regolare il Pendole, puoi montare la regola nel rack come supporto. Metti un pezzo di cioccolato sotto il pendolo, ma non prendere

• Non ti preoccupare! L’estremità inferiore del pendolo deve muoversi lungo il un pezzo di cioccolato a una distanza di 1-2 mm. Si scopre che un pezzo di cioccolato può influenzare il pendolo
• Il movimento. 3.1. Esperienziale stabilire quali caratteristiche fisiche il pendolo è influenzato dal pezzo di cioccolato. 3.2. Prendi le misure necessarie per confermare la tua ipotesi. Giustificare la tua risposta graficamente.

Topic: Oscillations & Waves, Magnetism, Circuits Metodi: Simple Harmonic Motion Analysis, Free-Body Diagram, Graph Linearization, Experimental Data Analysis, Physical Modeling Competenze: Experimental Data Analysis, Graph Linearization, Mathematical Modeling Objects: Pendulum, Magnet, Coil, Battery, Switch Fonte: Testo (PDF) — p.1