Lukáš Franta: Kouzlo turnaje fyziků tkví v tom, že na začátku nevíte, kam vás zadaný problém zavede

Pětice českých středoškoláků (kapitán Lukáš Franta a Daniel Švaňa z Gymnázia Christiana Dopplera v Praze, Kryštof Basista z Gymnázia J. Kainara v Hlučíně a Michal Fišer spolu s Danielem Jedličkou z VOŠ a SPŠE Plzeň) dosáhla na mezinárodním poli obrovského úspěchu. V konkurenci desítek týmů z celého světa opanovala prestižní Mezinárodní turnaj mladých fyziků (IYPT) v Curychu. Česká reprezentace dokázala nejlépe prezentovat a obhájit svá řešení komplexních fyzikálních problémů. V náročném víceboji, který kombinoval roli referenta, oponenta i recenzenta v anglickém jazyce, nenašli přemožitele a domů přivezli zlaté medaile. Zákulisí fyzikálních soubojů i plány do budoucna přibližuje v následujících řádcích kapitán českého týmu Lukáš Franta.

Představil byste nám prosím soutěž, které jste se zúčastnili?

Turnaj mladých fyziků, mezinárodně známý pod zkratkou IYPT, je specifická týmová soutěž. Každý člen týmu si v průběhu roku připraví dvě až tři „úlohy“ (celý tým pak musí mít na mezinárodní kolo připraveno 12 úloh), což jsou v podstatě spíše komplexní dlouhodobé výzkumné projekty. Mají velmi otevřená zadání a vždy je potřeba do hloubky prozkoumat nějaký fyzikální jev. Řešení vyžaduje vše od studia odborných článků přes návrh a stavbu vlastní měřicí aparatury a vytvoření teoretického modelu až po zpracování dat. Nakonec musíte vymyslet, jak výsledky co nejlépe prezentovat.

To je ale jen přípravná fáze. Na samotné soutěži jsou týmy rozděleny do místností po třech týmech a utkávají se ve fyzbojích, které celé probíhají v angličtině. V nich se střídáme ve třech rolích, přičemž v daný moment za tým vystupuje vždy jen jeden člen. Referent prezentuje své řešení úlohy. Oponent jeho prezentaci bedlivě poslouchá, v reálném čase se svým týmem připravuje oponenturu a následně s referentem vede o jeho řešení odbornou diskuzi. Třetí rolí je Recenzent, který hodnotí výstupy obou předchozích a celou debatu shrnuje. Všechny tyto výkony pak boduje mezinárodní odborná porota.

Jak jste se k soutěži vlastně dostal?

Na mém domovském Gymnáziu Christiana Dopplera má TMF opravdu dlouhou tradici; poslední zlaté medaile pro Česko vybojovali právě studenti z naší školy. Díky tomu u nás funguje specializovaný seminář zaměřený přímo na tuto soutěž. Máme k dispozici čas i přístup do fyzikální laboratoře, abychom mohli na projektech pracovat. Obrovskou motivací pro mě byl náš fyzikář Josef Pavel, který má s vedením týmů bohaté zkušenosti a v začátcích mi neskutečně pomohl. S turnajem jsem tak začal už ve druhém ročníku a probojoval se až do celostátního kola. To mě chytlo natolik, že jsem pokračoval a nakonec se mohl dvakrát podívat na mezinárodní kolo.

Máte za sebou již nějaké jiné fyzikální soutěže nebo podobné úspěchy?

Fyzikálním soutěžím se věnuji velmi rád. Začalo to asi v prvním ročníku, kdy jsem objevil korespondenční seminář FYKOS. Nejvíce mě vždy bavily týmové soutěže, jako je například Fyziklání, kde jsme s týmem z naší třídy byli před dvěma lety třetí v naší kategorii. Skvělý je také Fyzikální náboj, ten jsme letos v rámci České republiky se spolužáky dokonce vyhráli. Řešil jsem i klasickou Fyzikální olympiádu, kde jsem se letos probojoval na výběrové soustředění. Ze všech těchto soutěží mě ale jednoznačně nejvíce baví TMF, protože jde o dlouhodobý projekt zahrnující sestavení vlastního experimentu a měření, a nejen o jednorázové spočítání příkladů z papíru. Vidím v tom zkrátka velký smysl – člověk si projde celým procesem od zadání až po obhajobu výsledků.

Jaké konkrétní úlohy jste zpracovával tento rok?

Letos jsem řešil tři úlohy a všechny jsem si moc užil. První z nich se jmenovala Magnetic Newton's Cradle. Jde o obdobu klasické Newtonovy houpačky (rázostroje), ovšem s tím rozdílem, že srážející se ocelové kuličky jsou nahrazeny odpuzujícími se magnety. Tady se ukázalo jedno z kouzel IYPT – na začátku nikdy nevíte, kam vás zadaný problém zavede. Úlohu jsem si vybral s tím, že si vyzkouším simulovat reálné, konečně velké magnety pomocí Biot-Savartova zákona. K tomu nakonec vůbec nedošlo, protože mi naprosto postačila dipólová aproximace. Úloha mě ale nečekaně zavedla do úplně jiného koutu fyziky, a to do fyziky kontinua. Ukázalo se totiž, že se systém chová pro poměrně velký rozsah výchylek lineárně, a tak jsem soustavu kyvadel modeloval jako kontinuum s disperzní relací a grupovou rychlostí.

Druhou úlohou byl Self-starting Siphon (samospouštějící se sifon). Úkolem bylo zahnout pevnou trubičku do takového specifického tvaru, aby se sifon po částečném ponoření do vody sám spustil bez jakéhokoliv počátečního nasátí. To byla úloha z úplně jiného soudku, především proto, že na první pohled vůbec není jasné, proč k jevu dochází, a člověk na ten mechanismus musí nejprve sám přijít. Zjistil jsem, že když trubičku ohnete do tvaru písmene M a začnete ji ponořovat, střední „U“ segment se nenaplňuje vodou. Voda do něj prudce nateče až ve chvíli, kdy sifon ponoříte po okraj prvního horního záhybu. Tím, jak voda rychle nateče do celého spodního segmentu, nabere hybnost, se kterou dokáže překonat potenciálovou bariéru dalšího záhybu, a sifon se sám nastartuje. Abych to popsal matematicky, musel jsem modelovat proudění v trubici pomocí nestacionární Bernoulliho rovnice. Největším oříškem bylo kvantifikovat ztráty způsobené třením o stěny trubice, v jejích záhybech a v bodě nasávání, a to jak pro laminární, tak pro turbulentní režim proudění.

Posledním problémem byl Travelling Flame (cestující plamen). Je to poměrně známý jev, že když zapálíte páry nad hořlavou kapalinou, například etanolem, při správné teplotě shoří jen výpary a samotná kapalina nechytne. Měli jsme za úkol vytvořit kruhové korýtko a nechat oheň běhat dokola. U této úlohy jsem si vzal na starosti experimentální část. S panem učitelem Pavlem jsme vyrobili senzor, který detekoval plamen, a díky propojení s Arduinem jsme mohli automaticky měřit jeho rychlost. To nám umožnilo získat obrovské množství přesných dat. Asi sami vidíte, jak moc jsou tyto úlohy různorodé. A to jsou jen 3 ze 17, které se pro daný rok vypisují.

Jaká byla spolupráce, když každý z vás je z jiného místa? A jak jste se dali dohromady? 

Náš tým se skládal ze čtyř maturantů (já jsem jedním z nich) a jednoho studenta třetího ročníku. Dohromady nás dala česká komise na výběrovém soustředění. Měli jsme obrovské štěstí, že se sešel úplně stejný tým jako minulý rok, takže jsme se všichni dobře znali, věděli jsme, do čeho jdeme a jak náročná příprava nás čeká. To, že jsme každý z jiné části republiky, bylo sice trochu nepraktické, ale naštěstí jsme se nemuseli sjíždět příliš často. Většinu komunikace a schůzek jsme zvládli online. Jednou jsme se dokonce domluvili s mexickým národním týmem a udělali si takové IYPT nanečisto – sešli jsme se u mě doma na dva dny a přes internet s nimi trénovali hlavně oponentury.

Z čeho jste byli nejvíce nervózní? 

Největší nervozita na nás padla určitě v poslední soutěžní místnosti. Nebylo to sice ještě finále, ale už jsme věděli, že bojujeme o zlato a že si nesmíme dovolit udělat jedinou chybu. Zrovna jsem oponoval úlohu Magnetic Newton's Cradle, což byla moje vůbec nejsilnější úloha. Přestože jsem si v tématu byl naprosto jistý a přesně jsem věděl, co gruzínskému referentovi vytknout a co dělal ve svém řešení špatně, ten stres jsem na sobě opravdu fyzicky cítil. Vtipné je, že ta nervozita se u nás všech projevovala úplně stejně – u tabule to na nás bylo nejvíce vidět podle rozklepaného laserového ukazovátka.

Jaká byla v Zürichu soutěžní atmosféra? 

Na IYPT je atmosféra vždycky naprosto skvělá. Všichni účastníci jsou do fyziky zapálení, vášnivě diskutují a obhajují svá řešení. Nejlepší na tom ale je, že jakmile skončí oficiální fyzboj, týmy se sejdou, spadne z nich rivalita a začnou se normálně bavit o tom, jak kdo k dané úloze přistupoval a co se komu povedlo. Krásnou tradicí je také to, že se po posledním fyzboji všechny týmy společně vyfotí se svými státními vlajkami a vymění si drobné dárky typické pro jejich zemi. Bývá to hodně pestré – letos jsme dostali třeba mexickou pálivou sladkost, magnetku z Hongkongu, tchajwanský čaj nebo odznáček NASA od amerického týmu.

Změnilo toto vítězství nějak vaše budoucí dráhy? Kam kariérně směřujete konkrétně vy a co vám soutěž celkově přinesla? 

Věřím, že zlatá medaile z IYPT mi hodně pomůže při přihlašování na vysoké školy. Nyní mířím na Matematicko-fyzikální fakultu UK, kde chci vystudovat bakaláře v oboru fyzika, a na magisterské studium bych rád zamířil do zahraničí. To, že se letošní turnaj konal na půdě švýcarské ETH Zürich, mi docela pomohlo při rozhodování, protože jsem o této univerzitě už dříve silně uvažoval a teď mám pocit, že jsem skoro rozhodnutý.

Tím nejdůležitějším, co mi ale turnaj dal a proč bych ho doporučil každému studentovi, jsou zkušenosti. Žádná jiná středoškolská soutěž vás nenaučí popasovat se v angličtině s tak vágně zadaným problémem, který nemá jednoznačné řešení. Zjistíte, jaké to je vést skutečný výzkum, obhájit si své myšlenky před publikem a mezinárodní porotou a kriticky myslet. To jsou dovednosti, které jsou pro budoucí kariéru vědce naprosto klíčové.

Foto: Liana Adamičková, IYPT