Yapılması gereken işleri yapmak için kas kuvvetine ihtiyaç duyarız. Ancak bazı işleri yaparken kaslarımız yetersiz kalır. Bu durumda basit makinelerden yararlanırız. Günlük hayatımızda kullandığımız kaldıraç, eğik düzlem, makara, dişli, çark, vida gibi birçok basit makineler vardır.
Kuvvetin yönünü ve büyüklüğünü değiştiren makinelere basit makine denir. Basit makine yardımı ile büyük ağırlıktaki malzemeleri daha küçük kuvvetle hareket ettirebiliriz.
Basit makineler;
Ø Enerji üretmezler.
Ø İş kolaylığı sağlarlar.
Ø İşten kazanç yoktur.
Ø Kuvvetten kazanç varsa yoldan kayıp vardır.
Ø Yoldan kazanç sağlanabilir.
Ø Yoldan kazanç varsa kuvvetten kayıp vardır.
Ø Kuvvetin yönü değiştirilebilir.
1. F = P veya P / F = 1 ise; kuvvet ve yoldan kazanç ya da kayıp yoktur.
( Kuvvet Kazancı = 1 )
2. F > P veya P / F < 1 ise; kuvvetten kayıp, yoldan kazanç vardır.
( Kuvvet Kazancı < 1 )
3. F < P veya P / F > 1ise; kuvvetten kazanç, yoldan kayıp vardır.
( Kuvvet Kazancı > 1 )
A. KALDIRAÇLAR
Destek üzerinde rahatça hareket eden çubuklara kaldıraç denir. Kaldıraçlarda kuvvetin destek noktasına olan uzaklığına kuvvet kolu, yükün destek noktasına olan uzaklığına ise yük kolu denir.
Kaldıraçlar da işlem yapılırken;
Kuvvet ( F ) . Kuvvet Kolu ( x ) = Yük ( P ) . Yük Kolu ( y )
Kuvvet Kazancı = P / F veya x / y
Kaldıraçların özellikleri farklılık gösterebilir.
a. Desteğin Kuvvet İle Yük Arasında Olduğu Kaldıraçlar
Bu kaldıraçlarda destek noktası ortadadır. Bu kaldıraçlara örnek olarak, tahterevalli, pense, kriko, makas, kerpeten…
ÖRNEK 1 – Aşağıdaki kaldıracın dengeye gelebilmesi için uygulanması gereken kuvveti ve kuvvet kazancını bulunuz.
ÇÖZÜM:
KUVVET. KUVVET KOLU = YÜK. YÜK KOLU
F . 4 = 60 . 2
F = 30 N
KUVVET KAZANCI = YÜK / KUVVET
KUVVET KAZANCI = 60 / 30
KUVVET KAZANCI = 2 ‘dir.
( P > F; Olduğu için kuvvetten kazanç, yoldan kayıp vardır.)
ÖRNEK 2 – Aşağıdaki kaldıracın dengede olduğuna göre cismin ağırlığını ve kuvvet kazancını bulunuz.
ÇÖZÜM:
KUVVET. KUVVET KOLU = YÜK. YÜK KOLU
8 . 5 = P . 1
P = 40 N
KUVVET KAZANCI = YÜK / KUVVET
KUVVET KAZANCI = 40 / 8
KUVVET KAZANCI = 5 ‘dir.
( P > F; Olduğu için kuvvetten kazanç, yoldan kayıp vardır. )
ÖRNEK 3 – Aşağıdaki kaldıracın dengeye gelebilmesi için uygulanması gereken kuvveti ve kuvvet kazancını bulunuz.
ÇÖZÜM:
KUVVET. KUVVET KOLU = YÜK. YÜK KOLU
F . 3 = 30 . 3
F = 30 N
KUVVET KAZANCI = YÜK / KUVVET
KUVVET KAZANCI = 30 / 30
KUVVET KAZANCI = 1 ‘dir.
( P = F; Olduğu için kuvvet veya yoldan kazanç – kayıp yoktur. )
ÖRNEK 4 – Aşağıdaki kaldıracın dengede olduğu biliniyor ise kuvvet kazancı kaçtır?
ÇÖZÜM:
KUVVET KAZANCI = YÜK / KUVVET veya KUVVET KOLU / YÜK KOLU
KUVVET KAZANCI = KUVVET KOLU / YÜK KOLU
KUVVET KAZANCI = 3 / 4 = 0,75
( Kuvvet Kazancı < 1 olduğu için kuvvetten kayıp, yoldan kazanç vardır. )
b. Yükün Destek ile Kuvvet Arasında Olduğu Kaldıraçlar
Bu kaldıraçların destek noktası uç kısımdadır. Bu kaldıraçlara örnek olarak, el arabası, gazoz açacağı, ceviz kıracağı, kürek, kapı…
Bu tür kaldıraçlarda her zaman kuvvet kolu, yük kolundan büyük olacağı için, her zaman kuvvetten kazanç, yoldan kayıp vardır.
ÖRNEK 1 – Aşağıdaki kaldıracın dengeye gelebilmesi için uygulanması gereken kuvveti ve kuvvet kazancını bulunuz.
ÇÖZÜM:
KUVVET. KUVVET KOLU = YÜK. YÜK KOLU
F . 6 = 28 . 3
F = 14 N
KUVVET KAZANCI = YÜK / KUVVET
KUVVET KAZANCI = 28 / 14
KUVVET KAZANCI = 2 ‘dir.
( P > F; Olduğu için kuvvetten kazanç, yoldan kayıp vardır. )
ÖRNEK 2 – Aşağıdaki kaldıracın dengede olduğu biliniyor ise kuvvet kazancı kaçtır?
ÇÖZÜM:
KUVVET KAZANCI = YÜK / KUVVET veya KUVVET KOLU / YÜK KOLU
KUVVET KAZANCI = KUVVET KOLU / YÜK KOLU
KUVVET KAZANCI = 7 / 5 = 1,4
( Kuvvet Kazancı > 1 olduğu için kuvvetten kazanç, yoldan kayıp vardır. )
c. Kuvvetin Yük ile Destek Arasında Olduğu Kaldıraçlar
Bu kaldıraçların destek noktası uç kısımdadır. Bu kaldıraçlara örnek olarak, cımbız, olta, maşa, tel zımba aleti, insan kolu…
Bu tür kaldıraçlarda her zaman kuvvet kolu, yük kolundan küçük olacağı için, her zaman kuvvetten kayıp, yoldan kazanç vardır.
ÖRNEK 1 – Aşağıdaki kaldıracın dengede olduğu biliniyor ise kuvvet kazancı kaçtır?
ÇÖZÜM:
KUVVET KAZANCI = YÜK / KUVVET veya KUVVET KOLU / YÜK KOLU
KUVVET KAZANCI = KUVVET KOLU / YÜK KOLU
KUVVET KAZANCI = 1 / 6 = 0,16
( Kuvvet Kazancı < 1 olduğu için kuvvetten kayıp, yoldan kazanç vardır. )
B. MAKARALAR
Ağır bir cismi yükseğe kaldırmak için çoğu zaman makara sisteminden yararlanılır. İnşaat ve fabrikalarda küçük kuvvetle çok ağır yükler taşınabilmektedir. Kullanılan makara sayısına ve çeşidine göre 3 çeşit yapıları vardır.
1. Sabit Makara
Merkezinden sabitlenen makaralardır. Ağır bir cismi yükseğe kaldırmak için kullanılır. Kuvvetten kazanç sağlamaz. Ancak kuvvetin yönünü değiştirdiği için yükün taşınması kolaylaşır. Kuvvet ile ağırlık zıt yönde hareket eder.
Sabit makaralar da uygulanan kuvvet ile yükün ağırlığı aynı olduğu için kuvvetten ve yoldan kazanç veya kayıp yoktur. Sadece kuvvetin yönü farklıdır.
Kuvvet = Yük
Kuvvet Kazancı = Yük / Kuvvet = 1 olduğu için kuvvetten kazanç veya kayıp yoktur.
Sabit makaralarda ip ne kadar çekilirse yük de o kadar yukarı çıkar.
Sabit makara sadece iş yapma kolaylığı sağlar.
ÖRNEK 1 – Aşağıdaki makara sistemi dengede olduğuna göre kuvvet kaç Newton dur ve kuvvet kazancı hakkında bilgi veriniz.
ÇÖZÜM:
Şekildeki sabit makaradır. Sabit makaralarda;
F = P olduğu için
F =10 N
Kuvvet Kazancı = P / F = 10 /10 = 1
Kuvvet Kazancı = 1 olduğu için kuvvet kazancı yoktur.
Kuvvet Kazancı olmadığı için yoldan da kazanç yada kayıp yoktur.
2. Hareketli Makara
İpin sabitlenerek makaradan geçtiği makaralardır. Bu makaralarda yük makaraya asılır. İpin serbest ucuna kuvvet uygulanarak yük taşınır. Yük ile aynı yönde makarada taşınır. Yük kuvvet ile aynı yönde hareket eder.
2 x Kuvvet = Yük
Hareketli makaralarda kuvvet kazanç ve yoldan kayıp vardır.
Hareketli makarada ip 2m yukarı çekilirse yük 1m yükselir.
Yandaki hareketli makara örneğinde 2 kat kuvvet kazancı varken, 2 kat da yoldan kayıp vardır.
Hareketli makaralarda yükün büyüklüğü kuvvetten fazladır.
( P = 2F )
Kuvvet Kazancı = P / F >1 olduğu için kuvvet kazancı vardır.
Not: Makara ağırlığı verilirse, makara ağırlığı yük ile toplanır.
ÖRNEK 1 – Aşağıdaki makara sistemi dengede olduğuna göre kuvvet kaç Newton dur ve kuvvet kazancı hakkında bilgi veriniz.
ÇÖZÜM:
Şekildeki makara hareketli makaradır. Hareketli makaralarda;
P = 2F
12 = 2F
F = 6 N
Kuvvet Kazancı = P / F = 12 / 6 = 2
Kuvvet Kazancı = 2 olduğu için kuvvetten kazanç, yoldan kayıp vardır.
3. Palangalar
Sabit makara ile hareketli makaradan oluşan birleşik makara sistemine palanga denir. Palangalarda kuvvet kazancı sağlanırken kuvvetin yönü de değiştirilebilir. Palangalarda sabit makara ile hareketli makara arasındaki ip sayısı arttıkça uygulanacak kuvvetin değeri azalır. Yani kuvvet kazancı artar.
Not: Palangalarda her zaman kuvvet kazancı ve yoldan kayıp vardır.
Birleşik Palangalarda kuvvet bulunurken şunlara dikkat edilmelidir;
1. Palangada Kuvvet Aşağı Yönlü İse;
F = Yük / Makara Sayısı
F= 30 / 2
F = 15 N
2. Palangalarda Kuvvet Yukarı Yönlü İse;
F = Yük / (Makara Sayısı + 1 )
F = 60 / (2 +1)
F = 60 / 3
F = 20 N
C. EĞİK DÜZLEM
Küçük kuvvet ile ağır yükleri istenilen yüksekliğe çıkarmak için oluşturulan yokuşlara eğik düzlem
denir. Eğik düzlem basit makineler arasında en kolay olanıdır. Bir kamyona eşya yüklerken kamyonun
kasasına yatay bir tahta konulur ve iterek eşyalar kamyona çıkarılır. İtme kuvveti her zaman yükün
ağırlığından küçüktür.
P: Yükün Ağırlığı
F: Uygulanan Kuvvet
h: Yükün Aldığı Yol ( Yük Kolu )
L: Kuvvetin Aldığı Yol ( Kuvvet Kolu )et
Yük x Yük Kolu = Kuvvet x Kuvvet Kolu
P . h = F. L
Eğik düzlemde her zaman kuvvetten kazanç, yoldan kayıp vardır.
Eğik düzlemler de;
v Kuvvetin büyüklüğü artar.
v Kuvvet kazancı azalır.
v Yol kaybı azalır.
Not: “h” artarsa kuvvet artar, kuvvet kazancı azalır. “L” artarsa kuvvet kazancı artar.
ÖRNEK 1 – P Yükünün ağırlığı 25 N olduğuna göre F kuvveti kaç N’dir?
P . h = F . L
25 . 1,2 = F . 3
30 = 3 F
F= 10 N
D. ÇIKRIK
Dönme eksenleri aynı ve yarıçapları farklı olan 2 silindirin üst üste yerleştirilmesi sonucu oluşmuştur. Bu basit makinelere el mikseri, kalemtıraş, kıyma makinesi, bisiklet pedalı, kuyu suyu sistemi örnek verilebilir.
Çıkrıklarda kuvvet her zaman yükten küçük olduğu için, çıkrıklarda kuvvetten kazanç vardır.
Çıkrıklarda aşağıdaki eşitlik yazılabilir.
