Kaldıraçlar (üç tür), sabit ve hareketli makara, palanga, eğik düzlem, çıkrık, vida, dişli ve kasnaklar; kuvvetten ve yoldan kazanç, işten kazanç olmaması.
Basit makine nedir?
İş yapmayı kolaylaştıran araçlara basit makine denir. Basit makineler:
- Kuvvetin büyüklüğünü değiştirebilir (daha az kuvvetle yük kaldırmak),
- Kuvvetin yönünü değiştirebilir (aşağı çekerek yükü yukarı kaldırmak),
- Hızı artırabilir.
⚠️ Basit makinelerde işten kazanç olmaz! Kuvvetten kazanç sağlanırsa yoldan kayıp olur; yani daha az kuvvet uygulanır ama daha uzun yol boyunca uygulanır. Yapılan iş aynıdır.
Kuvvet kazancı = Yük ÷ Kuvvet. Kazanç 1’den büyükse kuvvetten kazanç vardır.
Kaldıraçlar
Bir destek noktası etrafında dönebilen sert çubuktan oluşan basit makineye kaldıraç denir.
Denge şartı: Kuvvet × Kuvvet kolu = Yük × Yük kolu
| Kaldıraç türü | Ortadaki | Kazanç | Örnek |
|---|---|---|---|
| Destek ortada | Destek | Desteğin yerine göre | Tahterevalli, makas, pense, eşit kollu terazi |
| Yük ortada | Yük | Her zaman kuvvetten kazanç | El arabası, ceviz kıracağı, gazoz açacağı |
| Kuvvet ortada | Kuvvet | Her zaman kuvvetten kayıp, yoldan kazanç | Cımbız, maşa, olta kamışı, insan kolu (ön kol) |
Örnek: 8 m uzunluğundaki bir kaldıraçta destek, 400 N’luk yükten 2 m uzakta. Kuvvet diğer uçta (6 m) uygulanıyor:
F × 6 = 400 × 2 → F ≈ 133 N
Makaralar ve palanga
Sabit makara: Tavana sabitlenmiştir, yalnızca kendi ekseni etrafında döner.
- Kuvvetten kazanç yoktur (F = Yük).
- Yalnızca kuvvetin yönünü değiştirir. Bayrak direği, kuyu makarası.
Hareketli makara: Yükle birlikte hareket eder.
- Yük iki iple taşındığı için kuvvetten 2 kat kazanç sağlar (F = Yük ÷ 2).
- İp 2 kat fazla çekilir (yoldan kayıp).
Palanga: Sabit ve hareketli makaraların birlikte kullanıldığı sistem. Hareketli makaralara bağlı ip sayısı kadar kuvvetten kazanç sağlanır: F = Yük ÷ İp sayısı. İnşaat vinçleri, gemi direkleri.
Eğik düzlem, çıkrık, vida, dişli ve kasnak
- Eğik düzlem: Yükü yukarı doğrudan kaldırmak yerine eğimli bir yüzeyden çıkarmak. Eğim azaldıkça (düzlem uzadıkça) uygulanan kuvvet azalır. Rampa, merdiven, dağ yolları (virajlı yollar). F × Uzunluk = Yük × Yükseklik.
- Çıkrık: Bir silindir ve ona bağlı kol. Kol uzadıkça kuvvet azalır. Kuyu çıkrığı, kapı kolu, direksiyon, tornavida.
- Vida: Silindir etrafına sarılmış eğik düzlemdir. Vida adımı küçüldükçe uygulanan kuvvet azalır. Vida, kavanoz kapağı, mengene, matkap ucu.
- Dişliler: Dönme hareketini ve kuvveti aktarır. Birbirine temas eden dişliler zıt yönde, aynı mile bağlı dişliler aynı yönde döner. Küçük dişli büyük dişliden daha çok tur atar.
- Kasnak (kayış-kasnak): Kasnaklar kayışla bağlanır. Düz kayışta aynı yönde, çapraz kayışta zıt yönde dönerler. Bisiklet zinciri ve dişlileri.
Bileşik makineler: Birden fazla basit makinenin birlikte kullanıldığı araçlar: bisiklet (dişli, kasnak, çıkrık, kaldıraç), makas (kaldıraç + kama), el arabası.
Kavramlar
- Basit makine
- İş yapmayı kolaylaştıran araç.
- Kaldıraç
- Destek noktası etrafında dönebilen sert çubuk.
- Palanga
- Sabit ve hareketli makaraların birlikte kullanıldığı sistem.
- Eğik düzlem
- Yükü eğimli yüzeyden yukarı çıkarmayı sağlayan basit makine.
- Kuvvet kazancı
- Yükün uygulanan kuvvete oranı.
- Basit makineler işi kolaylaştırır ama işten kazanç sağlamaz
- Kuvvetten kazanç varsa yoldan kayıp vardır
- Kaldıraç: kuvvet × kuvvet kolu = yük × yük kolu
- Sabit makara yön değiştirir, hareketli makara 2 kat kazanç sağlar
- Eğik düzlem uzadıkça kuvvet azalır
- Temas eden dişliler zıt yönde döner
Örnek soru ve çözümü
600 N ağırlığındaki bir yük, 1 m yüksekliğe 4 m uzunluğundaki sürtünmesiz bir eğik düzlemle çıkarılıyor. Uygulanması gereken kuvvet kaç N’dur?
F × L = Yük × h → F × 4 = 600 × 1 → F = 150 N. Kuvvet kazancı 600 ÷ 150 = 4’tür.
Çözümlü örnekler
1. Bayrak direğinin tepesindeki makara hangi türdendir ve ne işe yarar? Kolay
ÇözümSabit makaradır; kuvvetin yönünü değiştirir (ipi aşağı çekerek bayrağı yukarı çıkarırız).
2. Hareketli bir makarayla 300 N’luk bir yük kaldırılıyor. Makara ağırlığı ve sürtünme önemsiz ise kaç N kuvvet gerekir? Orta
Çözüm300 ÷ 2 = 150 N; ama ip 2 kat fazla çekilir.
3. Bir kaldıraçta yük 2 m, kuvvet 8 m kolla uygulanıyor ve kuvvet 50 N. Yük kaç N’dur? Kaldıraç kuvvetten kaç kat kazanç sağlar? Zor
F × 8 = Yük × 2 → 50 × 8 = Yük × 2 → Yük = 200 N. Kazanç 200 ÷ 50 = 4 kat.
Sık yapılan hatalar
- Basit makinelerin işten kazanç sağladığını sanmak.
- Sabit makaranın kuvvetten kazanç sağladığını düşünmek.
- Cımbızın kuvvetten kazanç sağladığını sanmak (kuvvet ortada, yoldan kazanç).
Biliyor muydun?
Arşimet, “Bana uzun bir kaldıraç ve dayanacak bir yer verin, Dünya’yı yerinden oynatayım!” demiştir. Kaldıraç ilkesini ilk açıklayan odur.