主要观点总结
本文是对IYPT 2024赛题的详细解析，包括各个问题的背景介绍、浅析和参考文献。涵盖了力学、流体力学、弹性力学、热力学、声学等领域。
关键观点总结
关键观点1: 概述
IYPT是一项旨在激发中学生物理学习兴趣和创造力的竞赛，本文是对其赛题的详细解析。
关键观点2: 赛题解析
文章对每个赛题进行了背景介绍、浅析和参考文献的提供，帮助读者深入理解赛题所涉及的物理原理。
关键观点3: 涉及领域
赛题涵盖了力学、流体力学、弹性力学、热力学、声学、光学等领域，展示了物理学的广泛应用。
关键观点4: 目标读者
本文主要面向中学生和物理爱好者，帮助他们了解IYPT赛题并提升自己的物理素养。
关键观点5: 作者介绍
文章由北京师范大学物理与天文学院的专家团队撰写，作者们都是IYPT和CUPT的参赛经历者，具有深厚的物理学背景和丰富的教学经验。
正文
将两个球分别连接到绳子的两端并且将绳子的中端固定到一个支点上，当支点在竖直方向振动时，球将会相撞并且以不断增大的幅度进行震荡。探究这一现象。
浅析：该题目来源于一个经典的玩具Lato Lato。本题目最关键的两个现象是碰撞与受迫振动，前者使得整个体系损失能量而后者会补充能量。通过设计实验或者用现有理论进行碰撞时能量损失的估计将是本题的一个难点。基本的理论分析已有一些文献给出。
参考文献：
[1] Funata F C, Abidin Z. Playing Lato-lato is Difficult and This is Why[J]. European Journal of Physics, 2024.
[2] Wibowo E, Ulya N, Marwoto P. The dynamics of Lato Lato ball collisions[J]. Physics Education, 2024, 59(5): 055002.
Attach a rod assembled from cylindrical neodymium magnets horizontally to a vertical ferromagnetic rod. Limit themotion of the magnets to the vertical direction. When the ferromagnetic rod is spun around its axis of symmetry, the magnetic rod begins to climb up. Explain this phenomenon and investigate how the rate of climbing depends on relevant parameters.
将一个由钕磁铁堆积形成的棒水平地吸到竖直放置的铁磁体棒上，限制钕磁铁棒只能竖直运动。当我们沿轴向对称轴旋转铁磁体棒时，钕磁铁棒将会向上攀爬。解释这一现象并探究相关参量如何影响攀爬速度。
浅析：本题中磁场力不存在明显垂直分布不均，是故考虑磁棒与铁磁棒间复杂的接触行为。静止时磁棒接触为为竖直直径，随着磁棒转动，水平角度偏折，接触线从竖直直径水平向一侧偏移；同时因为重力作用，接触线支持力分布不均匀，最低点最大。导致磁棒产生绕偏移竖直接触线最低点旋转的趋势，磁棒整体呈现重心上移趋势。经过累计产生向上运动的行为。攀爬速度应取决于磁铁及铁磁棒磁力及形状、表面性状等复杂参数。
(解释整理自YouTube博主2veritasium的视频)
参考现象：
https://youtu.be/k0oNkO2YI-w?si=EF60FmV6qw10YjWb
Twist a slinky several times and keep its bottom fixed. After releasing the top, the slinky starts to "dance" – wave-like phenomenon can be observed from the side-view. Explain the phenomenon and investigate the parameters affecting the slinky's motion.
将玩具彩虹圈扭转几下并且保持其底部固定。松开其顶部后，彩虹圈会开始 "跳舞"。从侧面可以观察到类波状的现象。解释这一现象并研究影响彩虹圈运动的相关参数。
浅析：Slinky弹簧在近年的PT题目中多次出现，之前涉及到弹簧振动发出的“机关枪声”、弹簧浸如肥皂水中肥皂破裂的动力学，本问题回归弹簧本身的运动。旋转弹簧圈会使圈半径增大或缩小，产生不属于圈切线方向的应力，使圈在切向上产生运动，产生类似舞动效果。
A leaky faucet develops interesting dripping patterns, where the time between drops depends on the water flowrate. Investigate this phenomenon and study how it depends on relevant parameters.
滴水的水龙头会出现有趣的滴水模式：滴水间隔时间将取决于水流量（water flowrate)，研究这一现象以及它如何取决于相关参数。
浅析：这是一个古老且有趣的流体力学问题，首先出现间断滴水是一个低流量区间（高流量会直接连续出水），其次低流量区间在不同的范围也会呈现不同的滴水模式，如较为规律的一滴滴落下，或者呈现一个拖拽的长尾水柱再分离出水滴，如下图所示。该问题在本世纪初有两篇PRL文献进行了仔细研究，可以看以下参考文献。理论上找到出现该现象以及不同模式的细致流量边界是一个难点。
参考文献：
[1]Ambravaneswaran B, Subramani H J, Phillips S D, et al. Dripping-jetting transitions in a dripping faucet[J]. Physical review letters, 2004, 93(3): 034501.
[2] Ambravaneswaran B, Phillips S D, Basaran O A. Theoretical analysis of a dripping faucet[J]. Physical review letters, 2000, 85(25): 5332.
[3]https://archive.org/details/ShawRobertDrippingFaucetAsAModelChaoticSystem1984_201811/mode/2up
