Mekanik

Mekanik cisimlerin denge ve hareketini inceleyen bilim dalı Mekanik bütün Bilim (Os İlim, Mâlumât, Vukûf, Mârifet, İlmî müdevven, Fen; Fr, İng Science, Al Wissen, Wissenschaft; İt Scienza) Yöntemli bilgi Önceleri bilgi terimiyle eşanlamda kullanılan bilim terimi, günümüzde olayların yasalarını bulmak amacını güden araştırmaları dile getirmektedir Bilim, yöntemle elde edilen ve pratikle doğrulanan bilgidir Bu yüzden de idealizmle bağdaşamaz, çünkü idealist bilgi pratikle doğrulanamaz

makinaların ve yapıların projelendirilmesinde müracaat edilen ana kurallar topluluğudur Bu bilim dalı, bir yandan kainattaki maddi olayların kurallarını araştırırken, diğer yandan Makina Enerjiyi işe veya başka cins enerjiye çeviren bir düzen Bütün makinalar bir veya birden fazla mekanizmadan meydana gelir Fizikte makina deyince, kaldıraç, eğik düzlem, vida, tekerlek, mil ve makara gibi basit makinalar hatırlanır Bunlardaki genel prensipler bir araya getirilerek, kompleks enerji dönüşümleri yapan lokomotif, dikiş makinası, otomobil, uçak gibi gelişmiş makinalar ortaya çıkmıştır Halk arasında "otomobil" manasında kullanılır


Makinalar, insan kadar eski olup,

atom içindeki olayları aydınlatmaya çalışır Antik çağda yetişen pek çok düşünürle birlikte, maddenin yapısı sorgulanmaya başlamıştır İlk kez Thales evreni anlamanın yolunun maddeyi anlamaktan geçtiğini ifade ederek, materyalist felsefeye ilk adımı atmıştır Daha sonra Anaximander, evreni oluşturan apeiron denen bitmez, değişmez, görünmez bir maddeden bahsetmiştir

Fizik ve Fizik, gözlenebilir evrenin temel bileşenleri arasındaki etkileşmelere ve maddenin yapısına ilişkin temel sorunlarla ilgilenen bilim Fizik sözcüğü, Eski Yunancada "doğa" anlamına gelen physis'ten türemiştir Uzun süre doğa felsefesi olarak anılan fizik, doğanın makroskopik ve mikroskopik tüm görünümlerini inceleme konusu olarak seçmiştir

astronomide mekaniğin önemi her geçen gün artmaktadır Mekanik, kuvvetlerin etkisi altındaki cisimlerin denge durumunu veya hareketini inceleyen bilim dalıdır Üç ana başlık altında incelenebilir:

Katı cisimlerin mekaniği

1 Astronomi (Yunanca: astron "yıldız" ve nomos "yasa"), GÖKBİLİM olarak da bilinir, bütün gökcisimlerinin ve evrende dağılmış olan yıldızlararası maddenin kökenini, evrimini, bileşimini, uzaklığını ve hareketini inceleyen bilim Gökcisimlerinin ve evreni oluşturan maddenin fiziksel ve kimyasal özelliklerini konu edinen astrofizik bu bilimin bir dalıdır

Statik (dengedeki cisimler için)

2 Statik fizik duran cisimler fiziği demektir eğer bir şey dengede duruyorsa o statik fizik kurallarına göre toplam kuvvet ve toplam dönme etkisinin 0 oluşundan duruyordur

Dinamik (hareketteki cisimler için)

Şekil değiştiren cisimlerin mekaniği (Dinamik Alm Dynamik (f), Fr Dynamique (n), İng Dynamics Hareketi ve hareket kanunlarını kuvvetle ilgi kurarak inceleyen mekaniğin bir dalı Kinematik de mekaniğin bir dalıdır, fakat sadece hareketi inceler, kuvvetle münasebet kurmaz


Kuvvetleri; cisimlere tatbik edildiğinde şeklini ve boyutunu veya hareket halini değiştiren kuvvetler, sürtünme kuvvetleri, ağırlığı meydana getiren yerçekimi kuvveti, mağnetik kuvvet, elektriki kuvvet diye sınıflara

Mukavemet)

Birçok mühendislik dalında sistemlerin (sonsuzküçük parçaları göz önünde bulundurularak) maruz kaldığı normal ve kayma gerilmelerini hesaplayarak, bu hesaba göre tasarım yapabilmeyi sağlayan ders Parçaların maruz kaldığı eğilme momenti, burulma momenti, her yöndeki kuvvetler ve basıncın (basınçlı tanklarda) oluşturduğu gerilmeler hesaplanır Daha sonra Makine Elemanları dersinde, Statik Hasar Teorileri ve Yorulma hesapları da işin içine girerİnşaat Mühendisliği'nin temel derslerinden birisidir

Akışkanlar mekaniği

1

Sıkıştırılamaz akışkanlar

11 Hidrostatik

12 Hidrodinamik

2 Sıkıştırılabilir akışkanlar

21 Aerostatik

22 Aerodinamik


Mekanik, dengede bulunan cisimleri inceleyen statik ve hareket eden cisimleri inceleyen, dinamik gibi iki bölüme ayrılır Dinamik de ayrıca, sebebini araştırmadan yalnız hareketi inceleyen kinematik ve hızı değişen cisimleri inceleyen kinetik diye iki bölüme ayrılabilir Ancak bu ayrımlar o kadar kesin değildir Statik de, dinamiğin özel bir hali (hızı sıfır) olarak düşünülebilirTarihi: Eski çağlarda, mekaniğin pratik uygulaması mevcutsa da kaideleri hakkında pek az şey bilinmekteydi Kaldıraç, eğik düzlem, tekerler ve muhtemelen palanga sisteminin faydaları, eski Mısırlılar ve Babilliler tarafından bilinmekteydi Eski Yunanlılar, ilk defa hareketi teorik olarak incelemişlerse de, teorilerini gözlemleriyle gerçekleştirmeğe çalışmışlardır Arşimet (MÖ 287-212), balistik, hidrostatik, ağırlık merkezi gibi temel mekanik kavramları kullanması ve bunlardan pratik faydalar sağlaması bakımından bir istisna teşkil eder


Her alanda olduğu gibi mekanik alanında ilk mekanik aletleri Müslüman ilim adamları yapmıştır Sistemli olarak ilk defa Bağdatta yaşayan Beni Musa kardeşler dokuzuncu asırda mekanik aletler yapmışlardır Beni Musa kardeşlerin ortancası olan Ahmed bin Musa; mekanik olarak çeşitli tartı aletleri yanında yükleri çekmek ve kaldırmakta kullanılan bazı aletler yaptı Mekanik konular üzerinde titizlikle durdu Ağabeyi ile birlikte büyük bir bakır saat yaptı Ayrıca üzerine ateş yaklaştırıldığında fitili otomatik olarak ortaya çıkan kandiller yapmıştı Kandilin fitili ortaya çıkınca yağ da hemen fitilin üzerine yanacak miktarda fışkırıyordu Geliştirdiği ziraat ve sulama aleti, tarlada sulama yaparken, tayin edilen sulama miktarını aşınca hemen sinyal veriyordu


On ikinci asrın sonlarına doğru Dicle ve Fırat nehirleri arasındaki Cezire bölgesinde yaşıyan Cezeri otomatik aletler yaptı Cezeri sadece otomatik aletler yapmakla kalmayıp, otomatik olarak çalışan sistemler arasında denge kurmayı başardı Sekiz asır gibi bir aradan sonra İngiliz nöroloji profesörü Dr Ross Ashby ancak 1951 senesinde üstün denge durumunu ortaya koydu Cezeri; aynı zamanda haberleşme, kontrol, denge kurma ve ayarlama ilmi olan sibernetiğin ilk kurucusudur İnsanlarda ve makinalarda bilgi alış-verişi, bunların kontrolü ve denge durumu sibernetiğin esas konusudur Bu ilmin gelişmesiyle elektronik beyinler ve otomasyon denilen sistemler ortaya çıktı Bu bakımdan yaptığı mekanik makinalarla bu ilmin temeli Cezeri tarafından atıldı


Batı alemi her alanda yaptığı gibi, Endülüs Emevileri vasıtasıyla tanıdığı İslam alemindeki buluşları mekanik alanında da kendine mal etmiştir Müslüman ilim adamlarının yaptığı mekanik aletleri ancak on yedi ve on sekizinci asırlarda yapmışlardır


On altıncı yüzyılda İslam alimlerinin eserlerini inceleyen Galileo Galilei (1564-1642), Tycho Brahe (1546-1601) Johannes Kepler (1571-1630) onlardan büyük ölçüde faydalanarak, bazı buluşları da kendilerine mal ederek gök mekaniğinde günümüze kadar gelen temel kuralları koymuşlardır Galileo, düşen cisimleri ve sarkacı inceleyen, kontrollü deney yapan birisiydi Simon Stevin (1548-1620) kuvvetlerin bileşke prensibini geliştirmiştir Bütün bu gelişmelerden sonra Isaac Newton (1642-1727); Hareketin Üç Kanununu ortaya koymuştur Daha sonra mekanikteki gelişmelerin pek çoğu, bu kanun üzerine kurulmuştur Daha sonra gelenler analiz metodlarını geliştirirken, daha kolay bakış açıları aramışlardır Jean Le Rond dAlembert (1717-1783), dinamik problemlerini ilave kuvvetlerle statik problemlere çevirmiş, Siméon Denis Poisson (1781-1840), hareket eden eksen takımında problemleri çözmeyi denemiş, Joseph Louis Lagrange (1736-1813) genelleştirilmiş koordinatları çözüme dahil etmiş, virtüelis kavramını ortaya atmış, Josiah Willard Gibbs (1839-1903), problemlerin çözümünde vektör hesabı kullanmıştır Diğer bir arayış da, hareket kanunlarının tek bir şekilde ifade edilmesi olmuştur Bütün bunlar, ekstremum prensiplerine yönelmeği getirmiştirTarifler Mekaniğin anlaşılmasında bir kavram birliğinin sağlanması önemlidir "Cisim", "kütle"si olan bir maddesel nesnedir Kütle, relatif bir kavram olup, "ağırlık"la karıştırılmaması gerekir Bir cismin kütlesi, "atalet"inin, yani harekete geçirilmesi sırasında veya hareket sırasında, yönü değiştirilmek istendiğinde gösterdiği direncin, seçilen cismin ivmesine oranıdır Bir cismin kütlesi değişmediği halde yerçekiminin doğurduğu kuvvet olan ağırlığı, cismin, dünyanın merkezinden olan uzaklığına bağlıdır Cisimler, boyutları ihmal edilebilen "noktasal kütleler"in topluluğudurMetodları Mekaniğin problemleri, iki metodundan biriyle veya ikisi beraberce kullanılarak çözülür Bu iki metodu; analitik ve grafik çözüm yollarıdır Analitik metod, matematik formülasyonu kullanırken, grafik çözümde diyagramlar kullanılır Grafik metodda, en çok kullanılan kavramlardan biri de "vektörler"dir Vektörel büyüklüğün özelliği, yönü ve büyüklüğünün olmasıdır Bunun yanında, bu büyüklükler kendilerine has olan kurallarla hesaplanırlar Mesela, bir vektörel büyüklük verilen belirli x, y ve z eksenleri doğrultusunda bileşenlere ayrılabilir Vektörler genellikle boyu, büyüklüğüne eşit olan bir okla gösterilirHız, ivme ve kuvvet Hareketin iki önemli kavramı "hız" ve "ivme"dir Hız, cismin yer değiştirmesinin zamana bağlı değişimidir Birimi cm/saniye, metre/saniye veya kilometre/saat olabilir "Momentum" veya "hareket miktarı", cismin kütlesiyle hızının çarpımından ibarettir Hızın zamana göre olan değişimi ise ivme olarak isimlendirilir, birimi cm/s2 veya m/s2 olabilir


Mekanikte kuvvet, cisimlerin karşılıklı etkilerinden doğar Ayrıca kuvvet, cisme ivme vererek etkisini gösterir Meydana gelen ivme a, kütle/m olmak üzere bileşke kuvvet F ile aynı yönde olup, F= ma bağıntısından hesaplanırNewtonun hareket kanunları Pratik olarak mekanik, Newtonun üç kanunu ve yerçekimi teorisi üzerine kurulmuştur: 1) Bir cisme kuvvet etki etmedikçe ismin durumunda hiçbir değişiklik olmaz veya düzgün doğru hareketi yapıyorsa, buna devam eder 2) Bir cisme bir kuvvet etki ederse, kuvvet doğrultusunda cisim ivme kazanır Bu ivme, etkileyen kuvvetle doğru, cismin kütlesiyle ters orantılıdır 3) Her kuvvet zıt yönde ve eşit şiddette bir tepki doğurur


Dördüncü kanun olan kütlesel çekim kanunu, gök cisimlerinin hareketlerini açıklamak için geliştirilmiştir Buna göre, herhangi iki cisim birbirlerini m1 ve m2 kütleleriyle orantılı, arasındaki d mesafesinin karesiyle ters orantılı bir kuvvetle çekerler


F= G m1 m2/d2


Burada G, kütlesel çekim sabiti olup boyutlu bir büyüklüktür


G= 6,670x10-8 dyne cm2/g2Denge Mekaniğin bir dalı olan statik, hareketsiz cisimlerin dengesiyle meşgul olur Bu tür problemler, kararlı denge metodu ve virtüel iş prensibi ile çözülebilir İlk prensipte, cisme etki eden kuvvetlerin ve momentlerin, her doğrultuda dengede olduğundan hareket edilir Yani etki eden kuvvetlerin bileşkesi sıfır olmalıdır Bu, pratik olarak seçilen dik eksen takımında, bütün kuvvetlerin ayrı ayrı bileşenlere ayrılması ve sonra bunların her eksen için toplanarak sıfır eşitliğinin kontrol edilmesinden ibarettirMoment Şekil değiştirmeyen bir cisim, öteleme hareketi yanında, bir eksen etrafında dönme hareketi de yapabilir Bu dönme hareketi, birbirine paralel ve eşit büyüklükte kuvvet çifti tarafından doğurulur Kuvvet çiftinin döndürme etkisi, kuvvetlerin büyüklüğü ve aralarındaki mesafeyle doğru orantılıdır İşte bu etki, moment olarak isimlendirilir Böyle dengenin ikinci tür şartına gelinir Bu şart, cisme etkiyen momentlerin bileşkesinin sıfır olmasıdır Bu da pratik olarak, cisme etkiyen kuvvetlerin, birbirine dik seçilen eksen takımına göre olan momentlerin ayrı ayrı toplanıp, sıfır etmesi şartıyla kontrol edilir


Dengedeki bir cisme etkiyen kuvvetler, eğer cisim şekil değiştirmez kabul ediliyorsa, etki eksenleri boyunca kaydırılabilir Bir kuvvetler sistemi, ancak bileşkesi büyüklüğünde ve ters yönde bir kuvvet etkisiyle dengelenebildiği halde, bir kuvvet çifti ancak momenti, yani döndürme şiddeti eşit fakat ters olan bir kuvvet çiftiyle dengelenirKütle merkezi ve ağırlık merkezi Kütle merkezi, cisimdeki bütün maddesel noktaların momentlerinin toplamlarının sıfır ettiği noktadır Denge şartları bakımından, cismin bütün kütlesi burada toplanmış gibi bakılabilir Yerçekimi kuvveti, kütle ile orantılı olduğu için, klasik mekanikte, kütle merkezi ile ağırlık merkezi aynı kabul edilir Eğer cisimde kütle yayılışı düzgünse bu nokta, aynı zamanda cismin geometrik merkezi ile çakışırDairesel hareke: Dairesel (dairevi) hareket, cismi devamlı yön değiştirdiği için, hızın büyüklüğünde bir değişiklik olmasa da, yönü değiştiğinden sürekli ivmelenir Burada ivme (a), daima dönme merkezine yönelik olup, r dönme yarıçapı, v teğetsel hız ve ¥= u/r sabit açısal hız olmak üzere a= ¥2= v2/r şeklinde belirlidir Eğer dairesel hareket düzgünse başka ivme mevcut değildir Ancak dönme hızı zamana bağlı değişiyorsa teğetsel bir ivme mevcut olur Bu merkezsel ivme, cismi dairesel yörüngede tutmağa yarar Dairesel hareketin doğması için cisme dönme merkezine doğru kuvvet tatbik edilir Bu kuvvet, cisimde hasıl olan "merkezkaç kuvveti" ile dinamik dengede bulunur Bu iki kuvvet, etki-tepki şeklinde olup, m cismin kütlesini göstermek üzere F= mv2/r olarak ortaya çıkar Bir cismi dairesel yörüngede bulundurmak için böyle bir kuvvetin tatbikine ihtiyaç vardırBasit harmonik hareket Bir dairesel harekete, bulunduğu düzlemde bakıldığında, ortaya çıkan, gel-git yani titreşim şeklinde bir hareket türüdür Hareketin periyodu, tam bir devrin yapılması için geçen zamandır Harmonik harekette maddesel nokta, bir denge konumu etrafında hareket eder Bu konumdan olan mesafesi, noktanın yerdeğiştirmesidir Bu tür harekette, ivme yerdeğiştirme ile orantılı fakat ters yöndedir Harmonik harekete tabiatta çok sık rastlanır Serbest bırakılan yayların ve sarkaçın hareketi bu türdendir Bir sarkaçın periyodunun, boyuna ve o yerdeki yerçekimi ivmesine bağlı olduğu çok eskilerden beri bilinmekteydi Yani titreşim yerdeğiştirme küçük kalmak şartıyla, sarkaçın periyodu, yerdeğiştirme miktarına bağlı değildir Bu sonucu kullanarak, çeşitli yerlerde yerçekimi ivmesini ölçmek mümkündür Jeolojide gravimetre adı verilen aletler bu esasa göre çalışırİş Bir kuvvetin yaptığı iş, kuvvet doğrultusunda meydana gelen yerdeğiştirmeyle kuvvetin çarpımına eşittir Eğer kuvvet doğrultusunda bir yerdeğiştirme meydana gelmiyorsa, iş sıfırdır Çok büyük bir ağırlığı tutan kimse onu düşey doğrultuda hareket ettirmezse, mekanik bakımından yaptığı iş, sıfırdır Buna benzer şekilde, eğer sürtünme veya kayma yoksa dönme hareketinde de hiç bir iş yapılmaz İşin birimi kgm, dyne-cm (erg), Newton-metre (joule) olabilirVirtuel iş metoduBu prensip, "Dengede olan bir sisteme çok küçük yerdeğiştirmeler verildiğinde yapılan iş sıfır"dır şeklinde ifade edilebilirEnerji Enerji, iş yapabilme kapasitesidir Potansiyel ve kinetik diye iki bölüme ayrılır Potansiyel enerji, depolanmış kullanılabilecek enerjidir Bütün cisimlerde bu tür enerji mevcuttur Mesela, gerilen bir yay veya yükseğe kaldırılan bir cisim potansiyel enerji kazanır Yani, boşaldığında iş yapabilirler İkinci durumda kazanılan potansiyel enerji, cismin ağırlığı ile yüksekliğin çarpımından ibarettir Tabii başka tür depolanmış enerjiler de mevcuttur Mesela, kömürde, dinamitte ve bitkilerde depolananlar gibi Bir cismin kinetik enerjisi ise kütlesi ile hızının karesinin çarpımının yarısına eşittir Newtonun ikinci kanunu bu enerjilerin toplamının hareket boyunca korunduğunu ifade eder Bu sonuç tabiatta enerjinin farklı şekillere girerek değişikliğe uğradığını ortaya koyar Her ne kadar sürtünme ile enerji azalır, kaybolur gibi görünse de, halbuki bu sadece ısı enerjisine dönüşmektedir "Güç", yapılan işin zamana bağlı değişimidir Mesela "Beygirgücü", saniyede 75 kgmlik, "Watt" ise saniyede 1 joulelük işe karşı gelir Dönen bir cismin kinetik enerjisi, atalet momenti ile cismin açısal hızının karesinin çarpımının yarısına eşittir Atalet momenti cismin kütlelerinin, dönme eksenine olan uzaklıklarının kareleri ile çarpımlarının toplamlarına eşittirSürtünme Bir yüzeyin diğer yüzey üzerinde değerek hareket ederken, karşılaşılan dirençtir Sürtünme, pekçok işin yapılabilmesini sağlar Ancak, verimi azaltır Bir tür enerji, diğer tür enerji şekline dönerken, bir kısmı ısı enerjisi olarak kaybolur Sürtünme kuvveti, hareketi önleyici yönde ve yüzeye paralel olarak ortaya çıkar Bu kuvvet, yüzeye tatbik edilen kuvvetle, değen iki yüzeyin özelliğine bağlı bir katsayıyla orantılıdır