Kaldıraçlar-Kaldıraç Kullanımı Hakkında Genel Bilgi...

Kaldıraçlar-Kaldıraç Kullanımı Hakkında Genel Bilgi
Kaldıraçlar-Kaldıraç Kullanımı Hakkında Genel Bilgi

Kaldıraç Kullanımı:
Binalar yıkıldığında insanlar enkaz altında sıkışır Meydana gelen yıkıntıları el yordamıyla kaldırmak genellikle çok zor olur Bu yüzden, manivela ve kaldıraç kullanabiliyor olmalısınız
Kaldıraç, dayanıklı tahta veya metal parçalarından yapılır Metal veya tahta gibi sağlam ve sert bir objeden yapılan kaldıraç dayanıklı olur
Destek noktasının sağlam yerleşip yerleşmediğinden emin olun ki yük basınç nedeniyle çökmesin Gerekli görülüyorsa yükü zemine yayarak tahtaya kaldıracı geniş tabanlı koymayı sağlayın Koyduğunuz yük kayarsa veya kaldıracınız çökerse, kazazedeyi daha fazla yaralayabilirsiniz Daima iki ayağınızı da yere sıkıca basarak, güvenli bir şekilde çalışın

Kaldıracı en güvenli şekilde kullanmanın yolu, yerden kısa mesafeli kaldırmaktır
KALDIRAÇ : Sabit nokta etrafında dönebilen dayanaklı bir çubuk
KALDIRAÇ İBRESİ : Kaldıraç kolunun denge konumunu gösteren metal parça
KALDIRAÇ KOLU : Belli aralıklarla delikleri bulunan paralel kuvvetler ölçümü yapan metal çubuk
KALDIRAÇ MESNEDİ : Eğik düzlem ve kaldıraç kolunun takılabildiği bağlama parçası
ARŞİMET ve KALDIRMA KUVVETİ
Ünlü matematikçi ve fizikçi olan Arşimet (MÖ yaklaşık 287-212 ) Sicilya Adası’nda bir Yunan kenti olan Siracisu’da doğdu
Araştırmalarının çoğunu, Siracusa Kralı 2 Hieron’un hizmetindeyken gerçekleştiren Arşimet’in çalışmalarına ve buluşlarına ilişkin pek çok öykü anlatılır Bunlardan en ünlüsü, kralın tacının saf altından olup olmadığını araştırmasıyla ilgili olandır Öyküye göre, araştırmasını tacı parçalamadan yapmak zorunda olan Arşimet bu konuda bir süre düşünmüş, ama sorunun cevabını ancak bir gün hamama gittiğinde bulabilmiştir Yıkanmak üzere havuza girdiğinde suyun taştığına dikkat eden Arşimet , o anda çözümü bulduğunu anlar Hamamdan dışarı fırlayıp “buldum! buldum!” diye bağırarak caddelerde koşmaya başlar Arşimet’e göre, eğer taç saf altından yapılmışsa , mekanda aynı ağırlıktaki saf altın kadar yer kaplaması gerekiyordu Taç ve aynı ağırlıktaki altın sırayla su dolu bir kaba konulduklarında, taşıracakları su miktarı eşit olmalıydı Arşimet yaptığı deneyin sonunda bu miktarın eşit olmadığını belirledi; kral aldatılmıştı Bu basit deneyle Arşimet cisimlerin yoğunluklarını keşfetti
Ayrıca kaldıraç yasasını ortaya koyan Arşimet, ağır bir cismin, ağırlık merkezine uygulanacak bir kuvvetle yerinden oynatılabileceğini gösterdi Onun, “Bana bir dayanak noktası gösterin, Dünyayı yerinden oynatayım” dediği de söylentiler arasındadır
“Arşimet burgusu” adı verilen aygıt, Mısır gibi sıcak ve kurak ülkelerde daha hala sulama amacıyla kullanılır
Evde kullandığımız tartı (baskül) nasıl çalışır?

Tartıya dışarıdan baktığımızda bir platform ve ibreden oluştuğunu görürüz Üzerine çıkıldığında, platformun aşağı doğru hareket ettiği hissedilir Ağırlığımızın ölçütü olan bu küçük hareket, tartının içindeki kaldıraç mekanizması tarafından ibreye iletilir

Bilindiği gibi kaldıraçlar, basit makinelerdir ve bir yükü daha az kuvvet harcayarak kaldırmamızı sağlarlar Birinci tip kaldıraçlarda, destek her zaman yük ile kuvvet arasında bulunur Tahterevalli, birinci tip kaldıraçlara güzel bir örnektir İkinci tip kaldıraçlarda destek bir uçta, kuvvet diğer uçtadır İkinci tip kaldıraçlara örnek olarak da el arabasını verebiliriz Son olarak, üçüncü tip kaldıraçlarda destek bir uçta, yük diğer uçtadır (kuvvet ortadan uygulanır) Bu tip kaldıraçlara verebileceğimiz örnek ise cımbızdır

Tartıdaki platformun hemen altında bulunan üçüncü tip kaldıraçlar platformun hareketini, ana “yay”a bağlı olan küçük bir levhaya iletirler Kaldıraçlar bu levhanın aşağı doğru hareket etmesine ve yayı ağırlığımızla orantılı olacak şekilde germesine sebep olurlar Yayın bu hareketi, yine yaya bağlı bulunan bir manivelanın (birinci tip bir kaldıracın) dönmesini sağlar Manivela ise, ibreyle kendisi arasında bulunan başka bir yayı hareket ettirir Bu yayın hareketi de ibreyi döndürür ve tartı bize ağırlığımızı bildirir
Dünya'yı taşımak
Gemicilik ilerlemiş, büyük gemiler yapılmaya başlanmıştı Ne var ki bunları denize indirmek başlı başına bir sorun oluyordu Söylentiye göre gemilerden biri o kadar büyük ve ağırdır ki, tüm Syracusa halkı bir araya gelmiş ve uğraşmış fakat gemiyi suya indirememiştir
Oysa Arşimet için bu, büyük bir sorun değildir Dev geminin çevresine bileşik bir kaldıraç ve makaralar sistemi kurularak, yüzlerce kişinin halatlara sarılmasıyla gemi kolayca suya indirilir

Kral Hieron bu olaydan sonra "Arşimet ne derse inanılmasını emrediyorum" der
Arşimet bir bilge olduğu kadar, usta bir mühendis, mekanikçi ve eski Yunanda yetişmiş en büyük mucitlerden biriydi Kaldıraç kanunu, bu alanda yapmış olduklarından sadece biridir:

"Bana yeterince uzun bir dayanak bulun, Dünya'yı yerinden oynatayım" sözü de Arşimet'e aittir
KALDIRAÇLAR
İş yaparken kullanılan metal, tahta veya buna benzer malzemelerden yapılan çubuklara kaldıraç denir Günlük hayatta kullandığımız birçok kaldıraç vardır Bunlardan bazıları şunlardır: Makas, el arabası, keser, kalas, gazoz açacağı
Bir kaldıraç farklı kısımlardan meydana gelir Kaldıraçta çubuğun dayandığı noktaya destek noktası, yükün bulunduğu yerden desteğe olan uzaklığa yük kolu, uygulanan kuvvetin desteğe olan uzaklığına kuvvet kolu denir Kaldıraçlar farklı tiptedirler Destek noktası ortada kuvvet ve yükün farklı uçlarda olduğu kaldıraç tipine birinci tip kaldıraçlar, destek noktası bir uçta yük ortada ve kuvvetin diğer uçta olduğu kaldıraçlara da ikinci tip kaldıraç denir Birinci tip kaldıraçlara örnek olarak; makas, tahterevalli, eşit kollu terazi, ikinci tipe ise el arabası, fındık kıracağı verilebilir

Kaldıraçların yaptığımız işte bize bir takım kolaylıklar sağladığını ifade etmiştik Kaldıraç kullanılması ile büyük yükleri daha küçük kuvvet kullanarak yapabiliriz Üstelik bazı işleri yapmak için bu tip araçlara gereksinim duyarız Bilim adamının dediği gibi "Bana bir kaldıraç verin, dünyayı yerinden oynatayım" ifadesi abartılı olsa bile kaldıraçlar birçok işi daha kolay yapmaya yarar Gazoz kapağını elimizle açmak yerine açacak kullanma, vidayı çıkarmak için anahtar kullanma, bir arabayı kaldırmak için kriko kullanma direkt yapılması çok zor işlemlerdir Bunun için bu tip araçlar kullanırız
Kaldıraç kullanmanın bir takım kuralları vardır Eğer uygulanan kuvvet desteğe ne kadar uzak olursa o kadar az kuvvet uygulanır Bu ifadeyi formülleştirecek olursak;
Kuvvet x Kuvvet kolu = Yük x Yük kolu
F1 x a1 = F2 x a2
Bir iş yaparken kaldıraç kullanmaktaki amaç işi kolaylaştırmaktır Kaldıraçlar yardımı ile küçük kuvvetlerle büyük yükler kaldırılır fakat işten kazanç sağlanmaz Kaldıraçlarla ilgili bir örnek verilecek olursa; 200 cm uzunluğundaki bir çubuğun bir ucunda 800 N ağırlığında bir yük vardır Bu uçtan 40 cm uzaklıkta bir destek bulunmaktadır Çubuğun diğer ucundan ne kadar büyüklükte kuvvet uygulanırsa bu yük kaldırılabilir?

Bu problemi çözmek için kullanılacak formül; F1 a1 = F2 a2 olacaktır Formülde rakamları yerine koyduğumuzda
F1 150 = 800 40 F1 = (800 40) / 160 F1 = 32000 / 160 F1 = 200 N şeklinde olacaktır Görüldüğü gibi yapılan işte elde edilen kazanç yükün 1/4 kadardır Eğer kuvvet kolu daha uzakta olsa idi daha fazla kuvvet kazanılacağını deneyerek yapabilirsiniz?
Makara ile çıkrık kaldıracın, kama ile vida da eğik düzlemin özel birer türü olduğundan, aslında basit makinelerin kaldıraç ve eğik düzlem olmak üzere yalnızca iki temel tipi vardır Büyük bir taşı yerinden oynatmaya ya da ağır bir sandığı kaldırmaya çalışan işçilerin taşın yada sandığın altına uzun bir çubuk yerleştirildikleri görülür Kol demiri ya da manivela denilen bu uzun çubuk bir tür kaldıraçtır Bu örnekte olduğu gibi her kaldıraçta bir destek ya da dayanak noktası, bu noktanın çevresinde dönebilen bir kaldıraç kolu, yerinden oynatılacak bir yük (direngen kuvvet) ve bu yükü hareket ettirecek bir kuvvet vardır Ama, destek noktasının yüke ve kuvvete göre konumu değiştiğinde kaldıracın gücüde değişir Bildiğimiz tahterevalliler, iş yapmaya yardımcı bir araç ya da makine olmamakla birlikte, bu tip kaldıraçların en tipik örneği sayılır

Makas, pense ve kerpeten de gene bu gruptan birer kaldıraç örneğidir El arabası da ikinci türden kaldıraca örnek gösterilebilir Üçüncü türden kaldıraçlara ise kuvvetimizi destek ile yük arasında bir noktaya uygularız Maşa ve şeker maşası bu en tipik bu grubun en tipik örnekleridir
Kamışlı oltayla balık avlarken, yakalanan balığı dışarı çekmek için kamışı kaldırdığımızda da gene üçüncü türden bir kaldıraç kullanmış oluruz
Mekanik Kazanç İlkesi;
Bütün basit makineler için geçerli olan bu ilkeyi açıklamanın en iyi yolu kaldıraç örneğidir Kaldıraçlarda, yükün bulunduğu ilkeyle destek noktası arasındaki uzaklığa yük kolu, destek noktasıyla kuvvetin uyguladığı nokta arasındaki uzaklığa da kuvvet kolu denir Birinci türden bir kaldıraç olan kol demiriyle ağır bir taşı kaldırmaya çalışırken, olabildiğince az kuvvetle taşı (yükü) yerinden oynatabilmek için kuvvetimizi destekten oldukça uzak bir noktaya uygulamamız gerekir Başka bir değişle, kuvvet kolu yük kolundan ne kadar büyük olursa uygulamamız gereken kuvvet de o kadar azalacaktır Çünkü kaldıraçlarda kuvvet ile yük arasındaki bağıntıyı veren genel yasaya göre, yükü kaldırmak için uygulanacak kuvvetle kuvvet kolunun çarpımı, yükün ağırlığı ile yük kolunun çarpımına eşittir

Demek ki, elimizle destek noktası arasındaki uzaklık 20m, destek noktası ile taş arasındaki uzaklık da 2m olursa, 20m 2 metrenin 10 katı olduğuna göre, uyguladığımız kuvvetin 10 katı bir yükü kaldıraç yardımıyla yerden kaldırabiliriz Bu durumda elde edilen kaldırma kuvveti uygulanan kuvvetin 10 katına eşittir; dolayısıyla kol demirinin sağladığı mekanik kazanç ya da kuvvet kazancı 10’dur
Güçlü bir erkek rahatça 100 kilogramlık bir kuvvet uygulayabileceği için, basit bir kol demiriyle 100x10=1000 kilogramlık, yani 1 tonluk bir kaldırma kuvveti kazanabilir Kısacası, mekanik kazancı yüksek bir kaldıraç seçildiğinde, oldukça az bir kuvvetle çok ağır bir yükü kaldırmak olanaklıdırMÖ 3 yüzyılda yaşamış olan Eski Yunanlı bilgin Arşimet, “Bana bir dayanak noktası verin, Dünya’yı yerinden oynatayım derken böyle bir kaldıraçtan söz ediyordu Bununla birlikte basit makinelerin hiçbiri, mekanik kazancı ne kadar yüksek olursa olsun işten kazanç sağlanamaz; sonuçta makinenin yaptığı iş bizim yaptığımız işe eşittir “İş = kuvvet * yol” olduğuna göre, mekanik kazanç ilkesi gereğince, yukarıdaki kol demiri örneğinde insanın uyguladığı kuvvetle bu kuvvetin aldığı yolun çarpımı yükün ağırlığıyla kaldırılacağı yüksekliğin çarpımına eşit olacaktır Kaldıraç olarak kullanılan kol demiri insanın uyguladığı kuvveti artıran, ama yükü düşük bir hızla ve ancak belirli bir yüksekliğe kaldırabilen çok basit bir makinedir Ayrıca, bir
ucundaki taşı yukarıya kaldırmak için öbür ucunu aşağıya doğru bastırmak gerektiğinden, kuvvetin yönünü tersine çevirdiğini de belirtmek gerekir

Günlük hayatta yaptığımız bir işi daha kolay yapabilmek için kullandığımız düzeneklere basit makineler denir Basit makinelerde fiziksel prensiplerle çalışır Genellikle kuvvetten kazanç sağlamak için kullanılır Yani az kuvvet uygulanılarak büyük ağırlıklı cisimleri hareket ettirme planlanırBasit makinelere kaldıraçlar, makaralar, palangalar, çıkrık, kasnak ve dişliler, vida vbgibi aletler sayılabilir

Örneğin kaldıraçlar, sabit bir nokta etrafında dönebilen sistemlere denirMoment prensibine göre çalışırlar Kaldıraçlar desteğin bulunduğu yere göre üç tipte incelenir

Destek ortada olabilir Bu tip basit makinelere örnek olarak
• pense,
• makas,
• kerpeten,
• tahterevalli,
• manivela
• ve eşit kollu terazi söylenebilir

Destek uçta olabilir Bu tip basit makinelere ise
• el arabası ,gazoz açacağı,
• fındık kırma makinesi,
• kağıt deliği zımbası söylenebilir
Bu tip makineler günlük yaşantımızda kuvvet kazancı sağlar, yoldan kaybettirir

Yük ve destek uçta olarak tasarlanmış kaldıraçlar vardır Bunlara da cımbız ve maşa olarak örnek verilebilir

ÇİFT KOLLU KALDIRAÇLARIN TANITILMASI
DENEYİN AMACI: Az bir kuvvetle, çok yükü dengelemek ve çift kollu kaldıraçta, yük ve kuvvetin dayanma noktasına olan uzaklıklarını değiştirerek ;
Kuvvet x kuvvet kolu = yük x yük kolu bağlantısının varlığını açıklamak
HAZIRLIK SORULARI:
1-Günlük hayatta işlerimizi kolaylaştırmak için kullandığımız araçlardan çift kollu kaldıraçlara örnekler veriniz
2- Çift kollu kaldıraçta kuvveti hangi noktaya uygularsak kuvvet kazancımız artar?
KULLANILAN ARAÇ VE GEREÇLER:
1-döküm ayak 4-kaldıraç kolu 7-dinamometre
2-statif çubuk 5-kaldıraç mesnedi
3-bağlama parçası 6-asma ağırlıklar
DENEY DÜZENEĞİ:

DENEYİN YAPILIŞI:
1-Döküm ayağa statif çubuğu bağlayarak, kaldıraç mesnedini bağlama parçası ile şekildeki gibi bağlayınız
2-Kaldıraç kolunu, statif çubuğuna bağlı olan kaldıraç mesnedine takınız
3-Asma ağırlıkları yük kabul edeceğiniz tarafa fazla, kuvvet olarak düşündüğünüz tarafa ise az asma ağırlık takınız
4-Astığınız bu ağırlıkları dengede tutmak için, kuvvet yada yükü sağa, sola çekmek suretiyle dengeye getiriniz
5-Bu defa kuvvet olarak kullandığınız asma ağırlık yerine dinamometre kullanarak değişik ağırlıklardaki dengeleyen kuvveti bulunuz
6-Hesaplamalarınızı yaparken her defasında ;
Kuvvet x Kuvvet kolu = Yük x Yük kolu bağıntısını kullanınız
DENEYİN SONUCU:
Bu deneyde yaptığınız hesaplamalar ; “Kuvvet x Kuvvet kolu = Yük x Yük kolu “ bağıntısını doğruladı mı?
Çift kollu kaldıraçlarda; az kuvvetle çok miktardaki yük dengelendiğine göre kuvvet kazancının olduğunu söyleyebiliriz ancak işçe bir kazanç yoktur

TEK KOLLU KALDIRAÇLARIN TANITILMASI
DENEYİN AMACI: Tek kollu kaldıraçlarda dayanma noktasının kuvvet ve yükün dışında olduğunu bilme, çift kollu kaldıraçlarda olduğu gibi “Kuvvet x Kuvvet kolu = Yük x Yük kolu “ bağıntısını deney yaparak öğrenmek
HAZIRLIK SORULARI:
1-Ağır bir kaya parçasını kalas yardımıyla kolayca hareket ettirmemizin sebebi nedir?
2-Fındık kıracağı ile fındığı niçin kolayca kırarız? Sebebini tartışınız
KULLANILAN ARAÇ VE GEREÇLER:
1-döküm ayak 4-kaldıraç mesnedi 7-asma ağırlıklar
2-statif çubuk 5-ibre 8-dinamometre
3-kaldıraç kolu 6-skala (gösterge) 9-bağlama parçası
DENEY DÜZENEĞİ:

DENEYiN YAPILIŞI:
1-Bağlama parçasına, kaldıraç mesnedini takıp, şekildeki gibi döküm ayağa bağlı olan statif çubuğun orta kısmına bağlayınız
2-Kaldıraç kolunu, statif çubuğa bağlı kaldıraç mesnedine takınız
3-Göstergeyi ibrenin ucuna yakın bir yerden, statif çubuğa bağlayınız
4-Kaldıraç kolunun birisine şekilde görüldüğü gibi belirli bir ağırlık asınız
5-Dinamometreyi kullanarak yükü dengede tutunuz Kuvvet kazancı var mı?
6-Bu defa dinamometre ile yükün yerlerini değiştirin Kuvvet kazancı var mı?
7-Her defasında “Kuvvet x Kuvvet kolu = Yük x Yük kolu “ bağıntısını kullanarak hesaplayınız
Bulduğunuz değerleri karşılaştırınız
DENEYiN SONUCU:
Tek kollu kaldıraçlarda; her seferinde “Kuvvet x Kuvvet kolu = Yük x Yük kolu “ bağıntısı doğr