A. Basit Makineler, Makaralar ve Kaldıraçlar
BASİT MAKİNELER
Bir ya da birkaç parçadan oluşan ve yalnızca tek bir kuvvet çeşidini kullanan makinelere, ‘’basit makine’’ denir.
Basit Makinelerin Özellikleri
• Basit makinelerin tamamı iş yapma kolaylığı sağlar.
• Basit makineler işten kazanç sağlamaz.
• Basit makineler enerjiden kazanç sağlamaz.
• Basit makineler kuvvetin yönünü değiştirebilir.
• Basit makineler kuvvetten veya yoldan kazanç sağlayabilir.
Fakat bir basit makinede kuvvetten kazanç varsa, aynı oranda yoldan kayıp vardır. Yoldan kazanç varsa, aynı oranda kuvvetten kayıp vardır.
• Basit makineler; yoldan, kuvvetten, süratten ve zamandan kazanç sağlayabilir.
• Basit makineye uygulanan kuvvete giriş kuvveti, basit makineden elde edilen kuvvete çıkış kuvveti denir.
• Giriş kuvveti < Çıkış kuvveti ise; kuvvetten kazanç vardır.
• Uygulanan kuvvet < Yük ise; kuvvetten kazanç vardır.
• Giriş kuvveti > Çıkış kuvveti ise; kuvvetten kayıp vardır.
• Uygulanan kuvvet > Yük ise; kuvvetten kayıp vardır.
MAKARALAR
Çevresinden ip geçirilen, sabit bir eksen etrafında serbestçe dönebilen ve cisimleri yukarı doğru kaldırmak için kullanılan araçlardır. Makaralar sabit ve hareketli makaralar olmak üzere ikiye ayrılır. Ayrıca sabit ve hareketli makaralar birlikte kullanılarak palanga sistemleri oluşturulur.
a. Sabit Makaralar
Sabit bir noktaya bağlı, ortasından geçen eksen etrafında serbestçe dönebilen makaralardır.
• Sabit makaralarda, kuvvetten kazanç yoktur.
• Sabit makaralarda, kuvvetin büyüklüğü yükün ağırlığına eşittir.
• Sabit makaralar, kuvvetin yönünü değiştirir.
• Kuvvet aşağı doğru hareket ederken, yük yukarı doğru hareket eder.
• Sabit makaralarda, yoldan kazanç yoktur. Yükü 1 m yukarı doğru hareket ettirmek için, kuvvetin 1 m aşağı doğru çekilmesi gerekir.
• Sabit makaralar, sadece kuvvetin yönünü değiştirerek iş yapma kolaylığı sağlar.
• Makaranın ağırlığı ve çapı kuvvetin büyüklüğüne etki etmez.
b. Hareketli Makaralar
Kaldırılan yükle beraber hareket eden makaralardır.
• Hareketli makaralar kuvvetin yönünü değiştirmez. Kuvvet ve yük aynı yönde hareket eder.
• Hareketli makaralarda, kuvvetten iki kat kazanç vardır.
• Kuvvet yükün yarısı kadardır.
• Hareketli makaralarda yoldan iki kat kayıp vardır. Yükü 1 m hareket ettirmek için, kuvvetin 2 m çekilmesi gerekir.
• Makaranın çapı kuvvetin büyüklüğüne etki etmez.
• Makaranın ağırlığının önemsendiği durumlarda, makara ağırlığı yüke ilave edilir.
NOT: Sabit ve hareketli makaralar iş yapma kolaylığı sağlar, fakat işten kazanç sağlamaz.
Palangalar:
Sabit ve hareketli makaraların birlikte kullanıldığı sistemlerdir.
• Palanga sistemlerinde hareketli makaralarla kuvvetten kazanç sağlanırken, sabit makaralarla kuvvetin yönü değiştirilir.
• Palangalarda kuvvetten kazanç yoldan kayıp vardır.
• Palangalar iş yapma kolaylığı sağlar, fakat işten kazanç sağlamaz.
KALDIRAÇLAR
Bir destek noktası etrafında serbestçe dönebilen çubuklara kaldıraç denir. Kaldıraçlarda kuvvet uygulanan nokta ile destek noktası arasındaki uzaklığa kuvvet kolu, yükün uygulandığı nokta ile destek noktası arasındaki uzaklığa yük kolu denir.
Kaldıraçlar, desteğin, yükün ve kuvvetin konumlarına göre üç tipte incelenebilir.
a.Desteğin Ortada Olduğu Kaldıraçlar
Destek noktasının, kuvvet ile yükün arasında olduğu kaldıraç tipidir.
Kuvvet kolu ile yük kolunun uzunlukları arasındaki ilişkiye göre;
I. Kuvvet kolu = Yük kolu ise;
• Yük ile kuvvet birbirine eşittir.
• Kuvvetten veya yoldan kazanç ya da kayıp yoktur.
• Kuvvetin yönünü değiştirir.
II. Kuvvet kolu >Yük kolu ise;
• Kuvvetten kazanç yoldan kayıp vardır.
• Kuvvetin yönünü değiştirir.
III. Yük kolu > Kuvvet Kolu ise;
• Yoldan kazanç, kuvvetten kayıp vardır.
• Kuvvetin yönünü değiştirir.
Not: Desteğin ortada olduğu kaldıraç tiplerinin tamamı kuvvetin yönünü değiştirir.
Desteğin ortada olduğu kaldıraçlara; makas, eşit kollu terazi, pense, keser, sandal küreği ve tırnak makası örnek olarak verilebilir.
b. Yükün(P) Ortada Olduğu Kaldıraçlar
Yükün, destek noktası ile kuvvetin arasında olduğu kaldıraç tipidir.
• Bu tip kaldıraçlarda kuvvet kolu yük kolundan daha uzundur.
• Daima kuvvetten kazanç yoldan kayıp vardır.
Kuvvet kazancı 1’den büyüktür.
• Kuvvetin yönü değişmez.
Yükün ortada olduğu kaldıraçlara; el arabası, ceviz kıracağı, menteşeli kapı ve gazoz kapağı açacağı örnek olarak verilebilir.
c. Kuvvetin(F) Ortada Olduğu Kaldıraçlar
Kuvvetin, destek noktası ile yük arasında olduğu kaldıraç tipidir.
• Bu tip kaldıraçlarda yük kolu kuvvet kolundan daha uzundur.
• Daima yoldan kazanç kuvvetten kayıp vardır.
Kuvvet kazancı 1’den küçüktür.
• Kuvvetin yönü değişmez.
Kuvvetin ortada olduğu kaldıraçlara; cımbız, kürek, olta, tenis raketi, beyzbol sopası ve maşa örnek olarak verilebilir.
B. Eğik Düzlem, Çıkrık, Dişli Çarklar ve Kasnaklar
EĞİK DÜZLEM
Ağır yükleri kuvvetten kazanç sağlayarak ve daha kolay bir şekilde belli bir yüksekliğe çıkarmaya yarayan rampalara eğik düzlem denir.
• Eğik düzlemler ağır yükleri belli bir yüksekliğe çıkarmak için kullanılır.
• Eğik düzlemlerde her zaman kuvvetten kazanç, yoldan kayıp vardır.(Sürtünme önemsenmediğinde)
• Eğik düzlemler kuvvetin yönünü değiştirir.
• Eğim arttıkça kuvvet kazancı azalır.
• Eğik düzlemin boyu artırılır ya da yüksekliği azaltılırsa kuvvet kazancı artar.
• Eğik düzlemler işten ve enerjiden kazanç sağlamaz.
Eğik düzlemlere merdiven, bıçak, dağın zirvesine çıkan yollar, vida ve kama örnek olarak verilebilir.
Vida: Bir silindir üzerine dolanmış eğik düzleme vida denir.
• Vidalarda kuvvetten kazanç, yoldan kayıp vardır.
• Vidanın iki dişi arasındaki mesafeye vida adımı denir.
Vida kendi ekseni etrafında bir tur döndürüldüğünde vida adımı kadar ilerler.
ÇIKRIK
Eksenleri aynı ve yarıçapları farklı, iki ya da daha fazla silindirden meydana gelen sistemlerdir.
• Çıkrık sistemlerinde kuvvet kolunun uzunluğu, yük kolunun uzunluğundan daha büyüktür.
• Kuvvetten kazanç, yoldan kayıp vardır.
• Kuvvet kolunun(R) uzunluğu arttıkça ya da yük kolunun(r) uzunluğu azaldıkça kuvvet kazancı artar.
• Silindirlerin dönme sayıları eşit ve dönme yönleri aynıdır.
• Kuvvetin yönü ile yükün yönü aynıdır. Çıkrıklar kuvvetin yönünü değiştirmez.
• Çıkrıklar işten ve enerjiden kazanç sağlamaz. Çıkrık kullanılan sistemlere tornavida, araba direksiyonu, kapı kolları, el matkabı ve musluk örnek olarak verilebilir.
DİŞLİ ÇARKLAR
Üzerinde eşit aralıklarda dişler bulunan, hareketin hızını, yönünü ve yerini değiştirmek için kullanılan basit makinelerdir. Aynı merkezli dişliler olmak üzere ikiye ayrılır.
Aynı Merkezli Dişliler
• Aynı merkezli dişlilerin dönme yönleri aynıdır.
• Aynı merkezli dişlilerin dönme sayıları aynıdır.
Farklı Merkezli Dişliler
• Dönme yönleri aynı ya da zıt olabilir.
• Diş sayısı az olanın dönme sayısı daha fazladır.
Tur X Diş Sayısı = Tur X Diş Sayısı
KASNAKLAR
Hareketin hızını, yönünü ve yerini değiştirmek için kayış kullanılan düzeneklerdir.
Düz Bağlanan Kasnaklar
• Dönme yönleri aynıdır.
• Yarıçapı küçük olanın dönme sayısı daha fazladır.
Çapraz Bağlanan Kasnaklar
• Dönme yönleri zıttır.
• Yarıçapı küçük olanın dönme sayısı daha fazladır.
Tur X Yarıçap = Tur X Yarıçap