Basıt Makıneler

BASIT MAKINELER

Is yaparken bir takim araçlardan faydalaniriz Bir basit makine, aletin bir noktasina bir dis kuvvet uygulandiginda baska bir noktadaki cisme kuvvet uygulayan mekanik bir aygittir Basit makineler isleri yapmakta bir takim kolayliklar saglarlar Bu araçlar kerpeten, kaldiraç, el arabasi, palanga, makas, vida gibi araçlardir Bu tip araçlara basit makineler denir

Basit makineler enerji yaratmazlar Enerjinin korunumu ilkesine göre bir makine kendisine verilenden daha fazla miktarda is çikisi saglayamaz Makineler çalisirken bir takim sürtünmelere maruz kaldiklarindan dolayi ortaya çikan is giren isten daha küçüktür Bir makineden alinan verim, giris isin çikis isine dönüstürme derecesinin ölçüsüdür Bu ifadeyi formülle ifade edecek olursak;

Bir makine eger yüzde yüz verimle çalisabilirse bu tip makinelere ideal makine denir Fakat bu tür makine henüz yapilamamistir

Makineleri en fazla yararli oldugu durum, herhangi bir enerji yaratamamalarina ragmen giris kuvvetini büyültebilmeleridir Basit makinelerin kuvvetleri artirabilme özelligine mekanik yarar denir Eger F0'a makinenin kuvvet çikisi, F1'e de giris kuvveti dersek gerçek mekanik yarar (GMY) formülü söyle olacaktir:

Kaldiraçlar

Is yaparken kullanilan metal, tahta veya buna benzer malzemelerden yapilan çubuklara kaldiraç denir Günlük hayatta kullandigimiz birçok kaldiraç vardir Bunlardan bazilari sunlardir: Makas, el arabasi, keser, kalas, gazoz açacagi

Bir kaldiraç farkli kisimlardan meydana gelir Kaldiraçta çubugun dayandigi noktaya destek noktasi, yükün bulundugu yerden destege olan uzakliga yük kolu, uygulanan kuvvetin destege olan uzakligina kuvvet kolu denir Kaldiraçlar farkli tiptedirler Destek noktasi ortada kuvvet ve yükün farkli uçlarda oldugu kaldiraç tipine birinci tip kaldiraçlar, destek noktasi bir uçta yük ortada ve kuvvetin diger uçta oldugu kaldiraçlara da ikinci tip kaldiraç denir Birinci tip kaldiraçlara örnek olarak; makas, tahterevalli, esit kollu terazi, ikinci tipe ise el arabasi, findik kiracagi verilebilir

Kaldiraçlarin yaptigimiz iste bize bir takim kolayliklar sagladigini ifade etmistik Kaldiraç kullanilmasi ile büyük yükleri daha küçük kuvvet kullanarak yapabiliriz Üstelik bazi isleri yapmak için bu tip araçlara gereksinim duyariz Bilim adaminin dedigi gibi "Bana bir kaldiraç verin, dünyayi yerinden oynatayim" ifadesi abartili olsa bile kaldiraçlar birçok isi daha kolay yapmaya yarar Gazoz kapagini elimizle açmak yerine açacak kullanma, vidayi çikarmak için anahtar kullanma, bir arabayi kaldirmak için kriko kullanma direkt yapilmasi çok zor islemlerdir Bunun için bu tip araçlar kullaniriz

Kaldiraç kullanmanin bir takim kurallari vardir Eger uygulanan kuvvet destege ne kadar uzak olursa o kadar az kuvvet uygulanir Bu ifadeyi formüllestirecek olursak;
Kuvvet x Kuvvet kolu = Yük x Yük kolu

F1 x a1 = F2 x a2

Bir is yaparken kaldiraç kullanmaktaki amaç isi kolaylastirmaktir Kaldiraçlar yardimi ile küçük kuvvetlerle büyük yükler kaldirilir fakat isten kazanç saglanmaz Kaldiraçlarla ilgili bir örnek verilecek olursa; 200 cm uzunlugundaki bir çubugun bir ucunda 800 N agirliginda bir yük vardir Bu uçtan 40 cm uzaklikta bir destek bulunmaktadir Çubugun diger ucundan ne kadar büyüklükte kuvvet uygulanirsa bu yük kaldirilabilir?

Bu problemi çözmek için kullanilacak formül; F1 a1 = F2 a2 olacaktir Formülde rakamlari yerine koydugumuzda

F1 150 = 800 40 F1 = (800 40) / 160 F1 = 32000 / 160 F1 = 200 N seklinde olacaktir Görüldügü gibi yapilan iste elde edilen kazanç yükün 1/4 kadardir Eger kuvvet kolu daha uzakta olsa idi daha fazla kuvvet kazanilacagini deneyerek yapabilirsiniz?

Makaralar
Makaralar da is yaparken bir takim kolayliklar saglayan basit makinelerdendir Günlük yasamda en fazla gördügümüz sekliyle insaatlarda harç, tugla ve diger yapi malzemelerini tasimak için kullanilmaktadir Makaralar degisik tiplerden olusmaktadir Sabit, hareketli ve palanga makaralar olarak kullanilmaktadir
Sabit Makaralar
Bir yere monte edilmis sekilde kullanilan makaralardir Kullanimda kuvvetin yönünü degistirme özelligi vardir Bu makaralar kuvvetten kazanç saglar Yükü kaldirmak için yüke esit bir kuvvet kullanilir P yükünü kaldirmak için ipin ucunu h kadar çekmek gerekir Bu islemde yükün kazanacagi enerji, kuvvetin yaptigi ise esit olacagindan formül su sekilde olusur;
P x h = F x h ise P = F olacaktir Yani kuvvet = yük'tür Sabit makaralarda kuvvetten ve yoldan kazanç yoktur
Hareketli Makaralar
Hareketli makaralar, yükün makaranin eksenine asildigi sistemlerdir Ipin bir ucu tavana asilir diger uç ise kuvvet kullanilacak olan uçtur Bu sistemde yük ve makara birlikte yükselir veya alçalir Hareketli makaralarda yükü kaldirmak için uygulanacak kuvvet yükün yarisina esdegerdir Yani F = P/2 seklinde formüllestirilebilir Hareketli makaraya bagli olan bir yükü kaldirmak için ipi 2h kadar çekmek gerekir Hareketli makaralarda enerjiden kazanç saglamaz Çünkü yük kuvvetin yaptigi is kadar enerji kazanmaktadir
Hareketli makaralar, sabit makaralarda oldugu gibi kuvvetin yönünde degisiklik meydana getirmez Sabit makara ile kaldiramadigimiz birçok yükü hareketli makaralar ile kaldirabiliriz Örnegin 10 N'luk bir yükü kaldirmak için 5 N kuvvet uygulamak yeterlidir Fakat yükü 2 metre yüksege çikarmak için 4 metre ip kullanmak gerekmektedir

Palanga
Hareketli ve sabit makaralarin birlikte kullanildigi sistemlerdir Palangalar hem kuvvetten kazanç saglar hem de uygulanan kuvvetin yönünü degistirir Palangalar ile çok büyük kuvvetleri hareket ettirmek mümkündür Bir palangada ne kadar çok ip ve makara kullanilirsa uygulanacak kuvvet de o kadar artacaktir Palangalarin kaldiracagi kuvvet miktarini belirlemek için bu sistemde kullanilan ip sayilari ile makaralarin toplam yükü ile tasinacak yükün toplami hesaba katilir Bu ifadeyi formüllestirecek olursak;
Kuvvet = Toplam yük / Ip sayisi yani F = P / n diyebiliriz

EGIK DÜZLEM
Farkli malzemeler yapilan ve yere belirli bir açi ile yerlestirilen düzeneklerdir Bir egik düzlem olusturmak için bir kalasin bir ucunu yere diger ucunu 10-20 cm yukariya kaldirmak yeterlidir BU sistem basit bir egik düzlemi meydana getirir


Egik düzlem sistemini bir formül ile ifade edecek olursak; yükü P ile, uygulanacak kuvveti F ile sürtünmesiz egik düzlemin uzunlugunu L ile ve Egik düzlemin bir yere dayali olan ucunu h ile ifade ettigimizde F x L = P x h formülü ortaya çikacaktir Bu formülü açiklayacak olursak; Uygulanan kuvvet ve egik düzlemin uzunlugu, P x h kadar is yaparlar Egik düzlemde isten kazanç olmaz, kuvvetten kazanç olur
Egik düzlem sisteminde kuvvetin yüke olan orani, egik düzlemin yüksekliginin egik düzlemin boyuna olan oranina esittir Yani


Egik düzlem üzerindeki yük h kadar yükseldiginde Ep = P x h kadar potansiyel enerjiye sahip olur Bu durumda kuvvet F x L kadar bir is yapma durumundadir

Disli Çarklar ve Çikrik
Çikrik

Çikriklar, ayni eksen etrafinda birlikte dönebilen iki veya daha fazla silindirden meydana gelirler Bu sistemde yük küçük çapli silindire bagli iken kuvvet çapi büyük olan silindire etki eder Çikriklar, kuyulardan su çekmek, tekstil fabrikalarinda tezgahlarda ve eskiden yün egirmek amaci için siklikla kullanilan basit makinelerdir

Çikriklarin çalisma sisteminde kuvvet ve yük arasindaki iliskiyi göstermek için kuvvet ile çikrik kolunun çarpimi, yük ile küçük silindirin yari çarpimina olan esitliginden yararlanilir Yani



Çikrik sisteminde çikrik kolu, küçük silindirin yari çapindan büyük oldugundan, uygulanan kuvvet yükten daha küçük olur Yani çikriklarda kuvvetten kazanç saglarlar ama isten ve enerjiden kazanç olmaz

Çikrik koluna uyguladigimiz kuvvet, çikrigin dönmesini saglar Bu dönme esnasinda ip kovanin asili oldugu küçük silindire dolanir ve yük yukari dogru çikar Yukaridaki formülden de çikarilabilecegi gibi çikrikta kuvvetle yükün orani 1'den küçük oldugundan daha küçük kuvvetlerle büyük yükler kaldirilabilir Çikriklarda diger basit makinelerde oldugu gibi kuvvetten kazanç saglanirken is veya enerjiden kazanç saglanmaz

Disli Çarklar

Bazi sistemlerde birden daha fazla çikrigin bir arada kullanilmasi gerekmektedir Çünkü yük tek çikrikla kaldirilamayacak kadar büyük olabilir veya sistem daha rahat çalisir Disili çarklarda kuvvetten kazanç yaninda hareketin yönünün degistirilmesi gerçeklesmektedir Bu sistemde bir çikriga uygulanan kuvvet diger çikriga aktarilir ve dönme saglanir Bu tip basit makinelere örnek olarak bisikletler, dikis makineleri, vinçler, saatler, tasitlar verilebilir

Yukaridaki örnekte ilk çark saat yönünün tersine dogru döndürülürse ikinci çark saat yönünde dönecektir Bu çarka bagli olan diger çark da yine saat yönüne ters istikamette dönecektir Bu sekilde birçok çark birbirine baglanarak sistemler olusturulur ve hareketin yönü degistirilerek daha az kuvvet ile is yapma imkani dogar


Bir sistemdeki çarklardan bir tanesini yariçapi diger çarkin 5 kati ise yari çapi büyük olan 1 devir yaparken yari çapi küçük olan 5 devir yapar Bir çark sisteminde r1 yariçapli çarkin devir sayisina n1 denilirse, yariçapi r2 olanin devir sayisi n2 olacaktir Bunu formüllestirecek olursak su sekilde olacaktir:

Disli çarklarla büyük yükleri daha küçük kuvvetler kullanarak kaldirma imkanimiz vardir Bu basit makinelerde kuvvette kazanç saglarken enerji veya iste kazanç saglamazlar

Kama ve Vida

Uçlari üçgen bir sekilde olan ve baltaya benzeyen cisimlere kama denir Bu basit makineler metalden veya tahtadan yapilirlar ve kesicidirler Bir nesne kesilmek istendiginde kamanin keskin ucu bu noktaya konulur ve üst kismina sert bir cisimle vurularak basinç olusturulur böylece nesne kesilir

Vida ise yine metal veya tahtadan yapilan ve bazi cisimleri birbirine tutturmak veya monte etmek amaci için kullanilan basit makinelerdir Vidalar üst kisimlarindaki yariklara tornavida sokularak döndürülür ve istenilen kisimlara tutturulur Birçok esyanin ve aracin bir araya getirilmesinde vidalar kullanilir


Enerjinin korunumu ikesine göre; vida basinin yaptigi is, ucunun yaptigi ise esittir