Középiskolai Matematikai és Fizikai Lapok
Informatika rovattal
Kiadja a MATFUND Alapítvány
Már regisztráltál?
Új vendég vagy?
BeszámolóEötvös-verseny

Beszámoló a 2025. évi Eötvös-versenyről

Széchenyi Gábor, Vankó Péter, Vigh Máté, Vladár Károly

Az Eötvös Loránd Fizikai Társulat 2025. évi Eötvös-versenye október 17-én délután 3 órai kezdettel tíz magyarországi helyszínen került megrendezésre. (Részletek a verseny honlapján.)

Ezért külön köszönettel tartozunk mindazoknak, akik ebben szervezéssel, felügyelettel a segítségünkre voltak. A versenyen a három feladat megoldására 300 perc áll rendelkezésre, bármely írott vagy nyomtatott segédeszköz használható, de (nem programozható) zsebszámológépen kívül minden elektronikus eszköz használata tilos. Az Eötvös-versenyen azok vehetnek részt, akik vagy középiskolai tanulók, vagy a verseny évében fejezték be középiskolai tanulmányaikat. Összesen 63 versenyző adott be dolgozatot, 25 egyetemista és 38 középiskolás.

Ismertetjük a feladatokat és azok megoldását.

* * *

1. Egy \(\displaystyle 400~\mathrm{g}\) tömegű, \(\displaystyle 6~\mathrm{cm}\) átmérőjű poharat hosszú ideig \(\displaystyle 45~{}^{\circ}\mathrm{C}\)-os vízben mosogatunk, majd a vízből kivéve szájával lefelé egy vízszintes, sík felületre helyezzük, és hagyjuk kihűlni. (A szobahőmérséklet \(\displaystyle 20~{}^{\circ}\mathrm{C}\).)

Mekkora erővel tudjuk a poharat a felületre merőleges irányban megmozdítani?

(Vigh Máté)

Megoldás. Az aránylag nagy hőkapacitású, vizes pohár a felületre helyezésekor \(\displaystyle 45~{}^{\circ}\mathrm{C}\)-os, és erre a hőmérsékletre felmelegíti a lerakáskor alászoruló levegőt is. Ezen kívül a pohár belső, vizes faláról annyi víz párolog el, hogy a poháron belül telített vízgőz alakul ki. Eközben a pohárból – a pohár nagyon csekély megemelésével, némi gáz távozik. A túlnyomás csak akkor tudja megemelni a poharat, ha ennek a rövid folyamatnak a végén a pohárban

\(\displaystyle p_1=p_0+\frac{mg}{A}=p_0+\frac{4mg}{d^2\pi}=101{,}3~\mathrm{kPa}+1{,}5~\mathrm{kPa}=102{,}8~\mathrm{kPa} \)

lesz a nyomás. (\(\displaystyle p_0=101{,}3~\mathrm{kPa}\) a normál légköri nyomás.) A telített vízgőz parciális nyomása \(\displaystyle 45~{}^{\circ}\mathrm{C}\)-on függvénytáblázati adat alapján:

\(\displaystyle p_{1,\mathrm{v}}=9{,}6~\mathrm{kPa}, \)

így a bezárt levegő parciális nyomása

\(\displaystyle p_{1,\ell}=p_1-p_{1,\mathrm{v}}=93{,}2~\mathrm{kPa}. \)

Ezután a pohár és a bezárt gáz lehűl \(\displaystyle 20~{}^{\circ}\mathrm{C}\)-ra. A telített vízgőz parciális nyomása a táblázat alapján:

\(\displaystyle p_{2,\mathrm{v}}=2{,}3~\mathrm{kPa}, \)

a bezárt levegő pedig izochor módon lehűl, és így az új parciális nyomása:

\(\displaystyle p_{2,\ell}=\frac{T_2}{T_1}p_{1,\ell}=\frac{293~\mathrm{K}}{318~\mathrm{K}}\cdot 93{,}2~\mathrm{kPa}=85{,}9~\mathrm{kPa}. \)

A poháron belül tehát a teljes nyomás:

\(\displaystyle p_2=p_{2,\mathrm{v}}+p_{2,\ell}=88{,}2~\mathrm{kPa}. \)

A pohár felemeléséhez szükséges erő:

\(\displaystyle F=mg+(p_0-p_2)A=mg+\frac{d^2\pi(p_0-p_2)}{4}\approx 41~\mathrm{N}. \)

Megjegyzések. 1. A külső légnyomás függ a tengerszint feletti magasságtól és az időjárástól, a \(\displaystyle p\approx 100~\mathrm{kPa}\) érték is elfogadható.

2. Ha a felület kicsit egyenetlen, akkor már nagyon kis pozitív nyomáskülönbség hatására is kijuthat gáz a pohár alól, így ekkor a \(\displaystyle p_1\approx p_0\) közelítés is reális lehet. (Ugyanakkor a negatív nyomáskülönbség nagy erővel odaszorítja a poharat, és így befelé nem juthat levegő.)

2. Az ábrán látható két lábbal rendelkező űrszonda egy \(\displaystyle \alpha\) hajlásszögű, sík, lejtős felületen landolt. Az űrszonda széles lábai a lejtő esésvonalára (és az ábra síkjára) merőleges két párhuzamos szakasz mentén érintkeznek a talajjal. A lábak és a lejtő között a súrlódási együttható \(\displaystyle \mu\). A teljes űrszonda tömegközéppontja \(\displaystyle h\) távolságra van a talajtól, a lábak távolsága egymástól kezdetben \(\displaystyle a\). Az űrszonda egy belső szerkezet segítségével az ábrának megfelelően elkezdi kitolni a lábait (miközben azok mindvégig a talajra merőlegesek maradnak).

Melyik láb csúszik meg először a lejtőn?

(Vankó Péter, Vigh Máté)

I. megoldás. Egyensúlyban a szondára ható erők és forgatónyomatékok külön-külön el kell tűnjenek, valamint teljesülnie kell a tapadási súrlódási erőre vonatkozó határfeltételnek. Az alsó láb adatait 1-es, a felsőét 2-es indexszel, a nyomóerőket \(\displaystyle N\)-nel, a súrlódási erőket \(\displaystyle S\)-sel (a felfelé irányt pozitívnak tekintve), a testre ható nehézségi erőt \(\displaystyle G\)-vel jelölve (2. ábra) a következő egyenleteket és egyenlőtlenségeket írhatjuk fel:

$$\begin{gather*} N_1+N_2=G\cos\alpha,\tag{1}\\ S_1+S_2=G\sin\alpha,\tag{2}\\ aN_2+hG\sin\alpha=\frac{a}{2}G\cos\alpha,\tag{3}\\ |S_1|\leq\mu N_1,\tag{4}\\ |S_2|\leq\mu N_2.\tag{5} \end{gather*}$$


2. ábra

Annak a feltételei, hogy (még a lábak mozgatása előtt) az űrszonda ne boruljon fel és ne csússzon le (3), illetve (1), (2), (4) és (5) alapján:

$$\begin{gather*} N_2=G\left(\frac{\cos\alpha}{2}-\frac{h\sin\alpha}{a}\right)\geq 0\quad\Rightarrow\quad b=\frac{2h\tg\alpha}{a}\leq 1,\\ S_1+S_2=G\sin\alpha\leq\mu(N_1+N_2)=\mu G\cos\alpha\quad\Rightarrow\quad c=\frac{\mu}{\tg\alpha}\geq 1, \end{gather*}$$

ahol bevezettük a borulást jellemző \(\displaystyle b\) és a csúszást jellemző \(\displaystyle c\) paramétereket.

Az (1) és (3) egyenletekből:

$$\begin{gather*} N_1=G\left(\frac{\cos\alpha}{2}+\frac{h\sin\alpha}{a}\right),\\ N_2=G\left(\frac{\cos\alpha}{2}-\frac{h\sin\alpha}{a}\right), \end{gather*}$$

és ezeket a (4) és (5) egyenlőtlenségbe helyettesítve:

$$\begin{gather*} |S_1|\leq\mu G\left(\frac{\cos\alpha}{2}+\frac{h\sin\alpha}{a}\right),\tag{6}\\ |S_2|\leq\mu G\left(\frac{\cos\alpha}{2}-\frac{h\sin\alpha}{a}\right).\tag{7} \end{gather*}$$

Mérjük az erőt \(\displaystyle G\sin\alpha\) egységekben (azaz legyen \(\displaystyle G\sin\alpha=1\)), ekkor (2) alapján

\(\displaystyle (8) \)\(\displaystyle S_1+S_2=1,\)

valamint a (6) és (7) egyenlőtlenségekbe helyettesítsük be a \(\displaystyle b\) és \(\displaystyle c\) paramétereket:

$$\begin{gather*} |S_1|\leq\frac{c}{2}+\frac{bc}{2}\tag{9},\\ |S_2|\leq\frac{c}{2}-\frac{bc}{2}\tag{10}. \end{gather*}$$

Ábrázoljuk a (8), (9) és (10) összefüggéseket az \(\displaystyle S_1\)-\(\displaystyle S_2\) síkon (3. ábra).


3. ábra

Az \(\displaystyle S_1\) és \(\displaystyle S_2\) lehetséges értékpárjait a piros vonal téglalapon belüli (megvastagított) része jelöli ki.

Amikor a szonda elkezdi a lábait széttolni, akkor az alsó láb lefelé mozdulna, és így \(\displaystyle S_1\) értéke nőni fog, a felső láb pedig felfelé mozdulna, és így \(\displaystyle S_2\) csökken, és – ha a másik láb hamarabb meg nem csúszik – negatívvá válik. Azt, hogy melyik láb csúszik meg először, a \(\displaystyle b\) és \(\displaystyle c\) paraméterek értékei határozzák meg.

Amennyiben

\(\displaystyle \frac{c}{2}+\frac{bc}{2}\leq 1,\quad\text{azaz}\quad\mu\left(\frac{1}{2\tg\alpha}+\frac{h}{a}\right)\leq 1, \)

akkor \(\displaystyle S_2\) nem válhat negatívvá, és így biztosan az alsó láb csúszik meg, amikor eléri az

\(\displaystyle S_1=\frac{c}{2}+\frac{bc}{2} \)

értéket (4. ábra).


4. ábra

Ha viszont

\(\displaystyle \frac{c}{2}+\frac{bc}{2}>1,\quad\text{azaz}\quad\mu\left(\frac{1}{2\tg\alpha}+\frac{h}{a}\right)>1, \)

akkor \(\displaystyle S_2\) negatívvá válhat. Ekkor az a láb fog előbb megcsúszni, amelyik határfeltételét előbb metszi a piros egyenes. Ha

\(\displaystyle bc<1,\quad\text{azaz}\quad\frac{2h\mu}{a}<1, \)

akkor az alsó láb (mint a 3. ábrán), ha viszont

\(\displaystyle bc>1,\quad\text{azaz}\quad\frac{2h\mu}{a}>1, \)

akkor a felső láb (5. ábra) fog először megcsúszni. (Egyenlőség esetén határozatlan a feladat, a kis egyenetlenségek döntik el, melyik láb csúszik meg.)


5. ábra

Összefoglalva:

1. Ha \(\displaystyle b>1\), azaz \(\displaystyle 2h\tg\alpha>a\), a szonda felborul közvetlenül a landolás után,


6. ábra

2. ha \(\displaystyle c<1\), azaz \(\displaystyle \mu<\tg\alpha\), a szonda lecsúszik a landolás pillanatában,

3. ha \(\displaystyle b\leq 1\) és \(\displaystyle c\geq 1\), azaz \(\displaystyle 2h\tg\alpha\leq a\) és \(\displaystyle {\mu\geq\tg\alpha}\), valamint ha

  • \(\displaystyle bc<1\), azaz \(\displaystyle 2h\mu<a\), akkor az alsó láb csúszik meg,
  • \(\displaystyle bc>1\), azaz \(\displaystyle 2h\mu>a\), akkor a felső láb csúszik meg.
  • \(\displaystyle bc=1\), azaz \(\displaystyle 2h\mu=a\), akkor bizonytalan, melyik csúszik meg.

Az egyes esetek a 6. ábrán látható \(\displaystyle b\)-\(\displaystyle \frac{1}{c}\) síkon jól áttekinthetők.

Megjegyzés. Teljesen hasonlóan vizsgálható az az eset is, amikor a szonda a két lábat közelíti egymáshoz. Ilyenkor az alsó láb felfelé mozdulna, és így \(\displaystyle S_1\) csökken, a felső viszont lefelé mozdulna, és így \(\displaystyle S_2\) értéke nőni fog. Az ábrák alapján könnyen belátható, hogy ilyenkor minden esetben a felső láb csúszik meg először.

II. megoldás. Ha az egyes lábaknál ható kényszererőket egyetlen erőként (\(\displaystyle \boldsymbol{K}_1\), illetve \(\displaystyle \boldsymbol{K}_2\)) tekintjük, akkor a testre a \(\displaystyle \boldsymbol{G}\) nehézségi erővel együtt összesen három erő hat. Három nem párhuzamos irányú erő csak akkor lehet egyensúlyban, ha a hatásvonalaik egy pontban metszik egymást (különben az egyik erőnek forgatónyomatéka lenne a másik két erő metszéspontjára vonatkoztatva), és így a feladat az egyenletek és egyenlőtlenségek felírása nélkül is megoldható. Ehhez még szükségünk van az \(\displaystyle \varepsilon\) súrlódási határszög fogalmára: ahhoz, hogy az \(\displaystyle |S|\leq\mu N\) egyenlőtlenség teljesüljön, a \(\displaystyle \boldsymbol{K}\) kényszererő (amely az egymásra merőleges \(\displaystyle \boldsymbol{N}\) és \(\displaystyle \boldsymbol{S}\) erők eredője) legfeljebb \(\displaystyle \varepsilon=\arctg\mu\) szöget zárhat be a felület normálisával.

Kezdetben (amikor a szonda még nem kezdi el széttolni a lábait), elegendően nagy súrlódási együttható mellett a két kényszererő a súrlódási határszög szabta határok között sokféleképp biztosíthatja az egyensúlyt. A 7. ábrán egy ilyen lehetséges erőábra látható. (A rajzon az erők nagyságát az határozza meg, hogy az erők eredője nullát kell adjon. A hatásvonalak közös \(\displaystyle P\) metszéspontja csak a forgatónyomaték-egyensúlyt biztosítja.)


7. ábra

Amikor a szonda elkezdi széttolni a lábait, akkor az alsó lábat lefelé, a felsőt felfelé tolja, így az alsó lábnál ható \(\displaystyle \boldsymbol{K}_1\) kényszererő az ábrán az óra mutató járásával egyező, a felső lábnál ható \(\displaystyle \boldsymbol{K}_2\) kényszererő azzal ellenkező irányban fordul el. A 8. ábrán a \(\displaystyle \boldsymbol{K}_1\) erő éri el először az \(\displaystyle \varepsilon\) szög által meghatározott tartomány szélét, és így az alsó láb csúszik meg először. Az erők elfordulásának következtében a hatásvonalak \(\displaystyle P\) metszéspontja lefelé mozdul el, de ebben az esetben mindvégig a tömegközéppont felett marad.


8. ábra

A 9. ábrán a súrlódási együttható, és így az \(\displaystyle \varepsilon\) szög nagyobb. Ekkor a \(\displaystyle P\) pont a tömegközéppont alá kerül, és a \(\displaystyle \boldsymbol{K}_2\) erő éri el először a szögtartomány szélét. Ekkor a felső láb csúszik meg először.


9. ábra

A határesetet az jelenti, amikor a súrlódási határszög egyenese éppen a tömegközépponton megy át (10. ábra). Leolvasható, hogy ekkor

\(\displaystyle \frac{a}{2h}=\tg\varepsilon=\mu, \)

az előző megoldással összhangban.


10. ábra

3. Két azonos \(\displaystyle m\) tömegű, \(\displaystyle +q\) és \(\displaystyle -q\) töltésű pontszerű test kezdetben egymástól \(\displaystyle d\) távolságra, nyugalomban van. Ha a testeket egyszerre elengedjük, akkor egy idő után összeütköznek. Ha a kísérletet megfelelő erősségű, a testeket összekötő szakaszra merőleges irányú, homogén mágneses mező jelenlétében ismételjük meg, akkor a testek nem ütköznek össze.

a) Legalább mekkora legyen a mágneses indukció értéke, hogy ne ütközzenek össze?

b) Mekkora minimális távolságra közelítik meg egymást a testek ekkor?

(KVANT)

I. megoldás. a) Válasszuk a koordináta-rendszer középpontját a \(\displaystyle +q\) töltés kezdeti helyzetében, és mutasson az \(\displaystyle x\) tengely a másik test kezdeti helyzete felé, az \(\displaystyle y\) tengely pedig legyen erre és a mágneses tér irányára is merőleges (11. ábra).


11. ábra

Jelölje \(\displaystyle x\) a bal oldali (\(\displaystyle +q\) töltésű) test koordinátáját. A mozgás során az elektrosztatikus és a mozgási energia összege állandó. A szimmetria miatt a két test sebessége megegyezik. Így az energiaegyenlet:

$$\begin{gather*} 2\cdot\frac{1}{2}mv^2=kq^2\left(\frac{1}{d-2x}-\frac{1}{d}\right),\\ mv^2=kq^2\frac{2x}{d(d-2x)}.\tag{11} \end{gather*}$$

Tekintsük most külön a bal oldali ponttöltés mozgását! A szimmetria miatt az elektrosztatikus vonzóerő mindvégig \(\displaystyle x\) irányban hat. Csak a mágneses tér miatt fellépő Lorentz-erőnek van \(\displaystyle y\) irányú komponense, és így csak ez az erő gyorsítja a testet \(\displaystyle y\) irányba:

\(\displaystyle a_y=\frac{Bqv_x}{m}. \)

Ez alapján a test \(\displaystyle y\) irányú sebessége kicsiny \(\displaystyle \mathrm{d}t\) idő alatt

\(\displaystyle \mathrm{d}v_y=a_y\mathrm{d}t=\frac{Bq}{m}v_x\mathrm{d}t \)

értékkel változik meg. Az egyenlet mindkét oldalát összegezve a kezdeti állapottól (ahol \(\displaystyle v_y(0)=0\) és \(\displaystyle x(0)=0\)) a vizsgált állapotig:

\(\displaystyle (12) \)\(\displaystyle v_y=\frac{Bq}{m}x.\)

Amikor a két test legközelebb ér egymáshoz, akkor az \(\displaystyle x\) irányú sebességük 0, és így \(\displaystyle v=v_y\). Ezt felhasználva, és a (11) egyenletbe a (12) kifejezést behelyettesítve:

\(\displaystyle m\left(\frac{Bq}{m}x\right)^2=kq^2\frac{2x}{d(d-2x)}, \)

amiből az \(\displaystyle x\neq 0\)-val való egyszerűsítés és rendezés után egy másodfokú egyenletet kapunk \(\displaystyle \tfrac{x}{d}\)-re:

\(\displaystyle 2\left(\frac{x}{d}\right)^2-\frac{x}{d}+\frac{2km}{B^2d^3}=0. \)

Ennek csak akkor van megoldása, ha a diszkrimináns nem negatív:

\(\displaystyle D=1-\frac{16km}{B^2d^3}\geq 0,\qquad\text{azaz}\qquad B\geq 4\sqrt{\frac{km}{d^3}}. \)

Tehát a minimális mágneses indukció nagysága:

\(\displaystyle B_{\mathrm{min}}=4\sqrt{\frac{km}{d^3}}. \)

b) A másodfokú egyenlet általános megoldása (a két megoldásból csak a kisebb valósul meg):

\(\displaystyle \frac{x}{d}=\frac{1-\sqrt{1-\frac{16km}{B^2d^3}}}{4}, \)

és \(\displaystyle B=B_{\mathrm{min}}\), azaz \(\displaystyle D=0\) esetén \(\displaystyle \tfrac{x}{d}=\tfrac{1}{4}\). Ebből a két töltés közötti legkisebb távolság:

\(\displaystyle d_{\mathrm{min}}=d-2x=\frac{d}{2}. \)

II. megoldás. Vizsgáljuk a 11. ábrán látható bal oldali, origóból induló ponttöltés \(\displaystyle x\) irányú mozgását! Ehhez írjuk fel Newton II. törvényét erre a testre egy tetszőleges időpillanatban:

\(\displaystyle ma_x=k\frac{q^2}{(d-2x)^2}-qv_y B, \)

ahol felhasználtuk, hogy a Lorentz-erő \(\displaystyle x\) komponense az \(\displaystyle y\) irányú sebességgel arányos. Az I. megoldásban korábban kapott (12) összefüggés segítségével \(\displaystyle v_y\) kifejezhető \(\displaystyle x\)-szel:

\(\displaystyle ma_x=\underbrace{k\frac{q^2}{(d-2x)^2}-\frac{q^2B^2}{m}x}_{F_x(x)}. \)

Az egyenlet jobb oldala nem más, mint a testre ható eredő erő \(\displaystyle x\) komponense. Figyelemreméltó, hogy ez az erő kifejezhető csupán az \(\displaystyle x\) koordináta függvényeként. Ebből következik, hogy \(\displaystyle F_x\) felírható egy szintén csak \(\displaystyle x\)-től függő ún. effektív potenciál negatív deriváltjaként:

\(\displaystyle F_x(x)=-\frac{\mathrm{d}V_{\mathrm{eff}}(x)}{\mathrm{d}x}. \)

Az itt szereplő effektív potenciál az erő \(\displaystyle x\) szerinti integrálásával kapható meg:

\(\displaystyle V_{\mathrm{eff}}(x)=\frac{q^2B^2}{2m}x^2-\frac{kq^2}{2(d-2x)}. \)

Itt a jobb oldal első, \(\displaystyle x\)-ben négyzetes tagja egy rugóban tárolt rugalmas energiával analóg, míg a második tag a Coulomb-féle potenciális energia egyik töltésre jutó hányadának feleltethető meg.

Ezek szerint a vizsgált ponttöltés \(\displaystyle x\) irányú mozgása ekvivalens egy képzeletbeli, szintén \(\displaystyle m\) tömegű test egydimenziós konzervatív mozgásával a fenti egyenlet által adott \(\displaystyle V_{\mathrm{eff}}\) potenciálban. Ennek a képzeletbeli mozgásnak a kezdeti feltételei \(\displaystyle x=0\) és \(\displaystyle v_{x,0}=0\), ezért a mozgáshoz tartozó teljes mechanikai energia:

\(\displaystyle E=V_{\mathrm{eff}}(x=0)+\frac{1}{2}mv_{x,0}^2=-\frac{kq^2}{2d}. \)

A \(\displaystyle V_{\mathrm{eff}}(x)\) függvény alaposabb vizsgálatához végezzük el a következő átalakítást:

\(\displaystyle (13) \)\(\displaystyle V_{\mathrm{eff}}(x)=\frac{kq^2}{2d}\left(\underbrace{\frac{B^2d^3}{km}}_{\lambda}\cdot\frac{x^2}{d^2}-\frac{1}{1-\tfrac{2x}{d}}\right).\)

Vezessük be a \(\displaystyle \lambda=\tfrac{B^2d^3}{km}\) dimenziótlan paramétert! A \(\displaystyle V_{\mathrm{eff}}(x)\) grafikon alakja és a mozgás jellege nagyban függ \(\displaystyle \lambda\) értékétől. A függvény \(\displaystyle x\to d/2\) esetén \(\displaystyle -\infty\)-hez tart, ez a helyzet felel meg a két test összeütközésének. Kis \(\displaystyle \lambda\) (gyenge mágneses tér) esetén a (13) kifejezés zárójelében lévő második tag dominál, így a függvény szigorúan monoton csökken. Ha \(\displaystyle \lambda\) értékét (és ezzel együtt \(\displaystyle B\) nagyságát) fokozatosan növeljük, akkor a zárójelben lévő első, \(\displaystyle x\)-ben másodfokú tag erősödik, majd a \(\displaystyle V_{\mathrm{eff}}(x)\) függvénynek a \(\displaystyle 0<x<d/2\) tartományban egy lokális maximuma jelenik meg. Részletesebb függvényvizsgálattal kiderül, hogy \(\displaystyle \lambda<16\) esetén ennek a maximumnak az értéke \(\displaystyle E=-\tfrac{kq^2}{2d}\)-nél kisebb, \(\displaystyle \lambda=16\) esetén éppen ekkora, míg \(\displaystyle \lambda>16\) esetén a maximumértéke \(\displaystyle E\)-nél nagyobb (12. ábra).


12. ábra

Mit jelent mindez a képzeletbeli mozgás lefolyására nézve? A test az \(\displaystyle x=0\) állapotból indul, és mindhárom esetben gyorsulva halad a csökkenő potenciál irányába (az ábrán jobbra). \(\displaystyle {\lambda>16}\) esetén azonban egy \(\displaystyle x<d/4\) helyen, ahol a potenciál értéke újra megegyezik az \(\displaystyle E\) összenergiával, a sebessége ismét nulla lesz, és megáll (majd elindul vissza a kezdeti állapot felé). \(\displaystyle {\lambda<16}\) esetén nincsen ilyen pont: a rendszer – egy kisebb lassulás után – egyre nagyobb gyorsulással fejlődik az \(\displaystyle x=d/2\) állapot (azaz az összeütközés) felé. Annak feltétele, hogy ne legyen ütközés:

\(\displaystyle \frac{B^2d^3}{km}=\lambda\geq 16,\qquad\text{amiből}\qquad B\geq 4\sqrt{\frac{km}{d^3}}, \)

az előző megoldással összhangban. A grafikonról rögtön a b) kérdés megoldása is leolvasható: határesetben a töltések maximális elmozdulása \(\displaystyle x=d/4\), azaz a legkisebb távolság \(\displaystyle d/2\).

Megjegyzés. A II. megoldás nélkül meglepőnek tűnhet, hogy ha a mágneses indukció értéke eléri a minimális értéket, akkor a töltések csak \(\displaystyle \tfrac{d}{2}\) távolságra közelítik meg egymást, ha viszont ennél (kicsit) kisebb, akkor a töltések – minden átmenet nélkül – összeütköznek. A 12. ábra grafikonja szemléletesen mutatja, milyen változás történik a határ átlépésekor.

*

Az ünnepélyes eredményhirdetésre és díjkiosztásra 2025. november 28-án délután került sor az ELTE TTK Eötvös termében. Megemlékeztünk az 50 és 25 évvel ezelőtti Eötvös-versenyről, ismertettük az akkori feladatokat és a győztesek nevét. Az 50 évvel ezelőtti díjazottak közül Virosztek Attila, a 25 évvel ezelőttiek közül Pozsgay Balázs volt jelen – ők röviden beszéltek a versennyel kapcsolatos emlékeikről és a pályafutásukról. Az 50 évvel ezelőtti II. díjas Zimányi Gergely videóüdvözletet, a 25 évvel ezelőtti I. díjas Buruzs Ádám pedig szöveges üzenetet küldött a jelenlévőknek. Ezután következett a 2025. évi verseny feladatainak és megoldásainak bemutatása. Az 1. feladat megoldását Széchenyi Gábor, a 2. feladatét Vankó Péter, a 3. feladatét Vigh Máté ismertette.

Az esemény végén került sor az eredményhirdetésre. A díjakat Ormos Pál, az Eötvös Loránd Fizikai Társulat elnöke adta át.

I. díjat a versenybizottság nem adott ki.

Az első és harmadik feladat helyes megoldásáért második díjat nyert Bencz Benedek, az ELTE Fizika BSc szakos hallgatója, aki a Baár–Madas Református Gimnázium, Általános Iskola és Kollégiumban érettségizett Horváth Norbert tanítványaként.

Egy feladat helyes megoldásáért, vagy két feladatban elért jelentős eredményért harmadik díjat nyert Erdélyi Dominik, a Budapesti Fazekas Mihály Gyakorló Általános Iskola és Gimnázium 12. osztályos tanulója, Schramek Anikó és Nagy Piroska Mária tanítványa, Sánta Gergely Péter, a Budapesti Fazekas Mihály Gyakorló Általános Iskola és Gimnázium 11. osztályos tanulója, Schramek Anikó tanítványa és Téti Miklós, a Budapesti Fazekas Mihály Gyakorló Általános Iskola és Gimnázium 12. osztályos tanulója, Schramek Anikó tanítványa.

Egy feladat lényegében helyes megoldásáért dicséretet kapott Jávor Bence, a BME Fizika BSc szakos hallgatója, érettségizett a Városmajori Gimnáziumban Jäger Csaba és Horicsányi Attila tanítványaként, Kossár Benedek Balázs, a Pécsi Leőwey Klára Gimnázium 10. osztályos tanulója, Hegedüs János és Pálfalvi László tanítványa, Papp András József, a Szegedi Radnóti Miklós Kísérleti Gimnázium 12. osztályos tanulója, Mike Péter tanítványa, Pázmándi József Áron, a Budapesti Fazekas Mihály Gyakorló Általános Iskola és Gimnázium 10. osztályos tanulója, Csefkó Zoltán és Nagy Piroska Mária tanítványa és Vödrös Dániel, a Budapesti Fazekas Mihály Gyakorló Általános Iskola és Gimnázium 11. osztályos tanulója, Schramek Anikó tanítványa.

A második díjjal az Andersen Adótanácsadó Zrt. és a Nanorobot Vagyonkezelő Kft. adományából 75 ezer forint, a harmadik díjjal 35 ezer, a dicsérettel 20 ezer forint pénzjutalom jár. A díjazottak tanárai könyvutalványt kaptak. Gratulálunk a díjazottaknak, köszönjük az adományozók önzetlen támogatását!

\szerzoSzéchenyi Gábor, Vankó Péter, Vigh Máté, Vladár Károly

A LapLegfrissebb szám

A KöMaL 2026. februári száma

MatfundTámogatás

Kérjük, támogassa adója 1%-ával a KöMaL-t!

A KöMaL kiadásának, a versenyek teljes lebonyolításának, díjazásának és a díjkiosztóval egybekötött Ifjúsági Ankétok szervezésének költségeit 2007 óta a MATFUND Középiskolai Matematikai és Fizikai Alapítvány fizeti.

Kérjük, személyi jövedelemadója 1%-ának felajánlásával álljon a több, mint 125 éve alapított Középiskolai Matematikai és Fizikai Lapok mellé!

A LapMegrendelés

A KöMaL megrendelése

A KöMaL egy példányának ára 2025. szeptembertől 1600 Ft, előfizetése 1 évre 12500 Ft – BJMT tagoknak 12000 Ft.

PontversenyVersenykiírás

Versenykiírás a KöMaL 2025–2026. évi pontversenyeire

Azok is figyelmesen olvassák el a Versenykiírást, akik tavaly már részt vettek versenyünkben.

Idén is matematikából, fizikából és informatikából indítunk versenyeket. Egyénileg, illetve csapatban is lehet versenyezni, a versenyek 9 hónapon keresztül, 2025. szeptemberétől 2026. június elejéig tartanak. Minden hónapban új feladatokat tűzünk ki, és a megoldásokat a következő hónap elejéig küldheted be. A verseny végeredményét a 2026. szeptemberi számunkban hirdetjük ki. A díjakat jövő ősszel, a KöMaL Ifjúsági Ankéton adjuk át.

🔒 MatematikaRejtvények, ördöglakatok

Rejtvények, ördöglakatok: Színdominóktól a Wang csempékig

Ha egy négyzetet a két átlójával felosztunk négy háromszögre, majd ezeket kiszínezzük három színnel az összes lehetséges módon, akkor megkapjuk a négyzetes színdominókat.

A színdominókat először a múlt század elején írta le Percy Alexander MacMahon, a kalandos életű matematikus. Ő rögtön megadott több nehéz feladatot is hozzájuk.

BeszámolóKöMaL Ankét

KöMaL Ankét videók

Youtube csatornánkon közzétettük a 2025-ös KöMaL Ifjúsági Ankéton elhangzott előadások felvételét.

🔒 MatematikaRejtvények, ördöglakatok

Rejtvények, ördöglakatok – O'Beirne olvasztótégelye

Nem kell túl sokáig keresgélnünk az interneten a fejtörő feladatok között ahhoz, hogy sík vagy tér kitöltésére vonatkozó feladványra bukkanjunk. Ezek egyik fajtája az, amikor néhány síkidom vagy test valamilyen keretben van elhelyezve úgy, hogy látszólag teljesen kitöltik azt, de van még külön egy további eleme a játéknak.

A LapArchívum

A nyomtatott KöMaL archívuma

A Középiskolai Matematikai és Fizikai Lapok évről évre bővülő számú évfolyama – jelenleg 1893–1901-ig és 1965 és 2019 között – többféle szempont szerint kereshető, és a kiválogatott feladatok, cikkek kinyomtathatóak. Az összetett kereséssel igazi kincsestárban kutathatnak ingyenesen az olvasók: lehet keresni cikkekben és feladatokban többek között cím, szöveg, kategória (pl. versenyek), témakör és név alapján.

BeszámolóRátz Tanár Úr életműdíj

Rátz Tanár úr életműdíj 2025

25. alkalommal adták át a Rátz Tanár úr életműdíjakat összesen nyolc kiváló tanár részére:

Kántor Sándorné, Dr. Pintér Klára, Ábrám László, Horváth Norbert, Karasz Gyöngyi, Nagy István, Bódis Bertalan, Mándics Dezső.

A kitüntetettek részletes bemutatása és az évente megújuló felhívás megtalálható a Rátz Tanár Úr Életműdíj hivatalos honlapján: https://www.ratztanarurdij.hu/

BeszámolóKözélet

Beszámoló a 64. Rátz László Vándorgyűlésről

Idén Miskolc vendégül a matematikatanárok csapatát a Rátz László Vándorgyűlés keretei között. Négy szekcióban zajlottak a szemináriumok és az előadások, ezen kívül átadták a Bolyai János Matematikai Társulat Beke Manó Emlékdíjait és a Reményi díjakat az országos matematikaversenyeken kiváló eredményt elért tanulók tanárainak.

🔒 MatematikaRejtvények, ördöglakatok

Rejtvények, ördöglakatok: Emelt szintű bújócska II.

Legutóbb szeptemberi számunkban foglalkoztunk bújócska típusú ördöglakatokkal. Elkészítésre ajánlottunk olvasóinknak egy pálcás változatot, ahol a ,,szokásos'' trükk nem működik, mivel az átbújtatás után (lásd ábra) a pálca nem fér át a hurkon a zsinór rövidsége miatt. Azonban vegyük észre, hogy ebben az átbújtatott állapotban valójában annyi a célunk, hogy a hurok a dupla zsinór másik oldalára kerüljön. Ezt úgy is elérhetjük, ha a téglatest formájú ,,alapot'' bújtatjuk át a hurkon.

🔒 MatematikaCikk

Tait tételének bizonyítása

A KöMaL 2025 szeptemberi számában (Tait tétele és a 3-reguláris gráfok – a B. 5403. feladat háttere) kimondtuk Tait alábbi tételét.

Tétel (Tait tétele). Legyen \(\displaystyle G\) egy 3-reguláris, hídélmentes, síkbarajzolt gráf. Ekkor \(\displaystyle G\) tartományai \(\displaystyle 4\)-színezhetők akkor és csak akkor, ha élei \(\displaystyle 3\)-színezhetők.

A tételben \(\displaystyle k\)-színezésen olyan színezést értünk, amely \(\displaystyle k\)-féle színt használ, és az egymással szomszédos tartományok (illetve élszínezés esetén az egy csúcsban találkozó élek) mindig különböző színűek.

A szeptemberi számba nem került be a tétel bizonyítása (azzal a céllal, hogy akinek van kedve, gondolkodhasson rajta), ezt most pótoljuk.