Basit Makineler / Fiziksel Olaylar

Basit makine ne işe yarar

Basit makine, tek parçadan ya da birkaç sabit parçadan oluşan, bize bir işi daha kolay yapmamızı sağlayan araçlardır. Günlük hayatta sürekli kullanırız: makas, kapı kolu, bayrak direği, el arabası...

Altı temel basit makine vardır: kaldıraç, sabit makara, hareketli makara, palanga (sabit ve hareketli makaranın birlikte kullanımı), eğik düzlem ve çıkrık. Bunlara ek olarak dişli çarklar, vida ve kasnaklar da birer basit makinedir; bunları bisikletlerde, vidalı kapaklarda, motor kayışlarında görürsün — bu üçünün ayrıntısına girmeyeceğiz.

Bir basit makine sana şunlardan birini ya da birkaçını sağlar: gereken kuvveti azaltmak, kuvvetin yönünü değiştirmek ya da işi daha rahat/hızlı yapmak. Ama dikkat — 'kolaylık' ile 'kazanç' aynı şey değil, bunu bir sonraki blokta göreceksin.

F.8.5.1.1

Kaldıraç: üç nokta, tek kural

Kaldıraç, bir destek noktası etrafında dönebilen katı bir çubuktur. Üç önemli noktası vardır: destek noktası (çubuğun döndüğü sabit nokta), yük (kaldırmak istediğin ağırlık) ve kuvvet (senin uyguladığın kuvvet).

Destek noktasından yüke olan uzaklığa yük kolu, destek noktasından kuvvetin uygulandığı noktaya olan uzaklığa kuvvet kolu denir.

Kaldıracın altın kuralı: Kuvvet × kuvvet kolu = Yük × yük kolu. Kuvvet kolu yük kolundan uzunsa, yükten daha küçük bir kuvvetle o yükü kaldırabilirsin — ama elini daha uzun bir yay boyunca hareket ettirmen gerekir.

F.8.5.1.1

Sabit makara: yönü değiştirir, kuvvetten kazandırmaz

Sabit makara, sabit bir yere (tavan, direk) tutturulmuş, üzerinden ip geçen bir tekerlektir. Bayrak direğindeki makara tam olarak budur.

İpin bir ucuna yük bağlanır, diğer ucundan sen çekersin. Sabit makarada uyguladığın kuvvet, yükün ağırlığına eşittir — yani kuvvetten kazanç yoktur.

Peki neden kullanılır? Çünkü yönü değiştirir: yükü yukarı çekmek yerine aşağı doğru çekerek kaldırabilirsin, bu da işini kolaylaştırır — vücut ağırlığını kuvvete katabilirsin.

F.8.5.1.1

Hareketli makara: kuvvetten kazandırır, yoldan kaybettirir

Hareketli makara, yükün kendisine bağlı olduğu ve yükle birlikte yukarı-aşağı hareket eden makaradır. İpin bir ucu sabit bir yere bağlanır, ip makaranın üzerinden geçer, diğer ucundan sen çekersin.

Burada yükü iki ip parçası birden taşır. Bu yüzden her bir ip parçasına düşen kuvvet, yükün yarısı kadardır: Kuvvet = Yük ÷ 2.

Ancak bir bedeli var: yükü 1 metre yukarı kaldırmak için ipi 2 metre çekmen gerekir. Kuvvetten kazandığın kadar yoldan kaybedersin — yine işten kazanç yok.

F.8.5.1.1

Sabit mi hareketli mi? Palanga nedir

Palanga, sabit makara ile hareketli makarayı bir arada kullanmaktır. Sabit makaranın yön değiştirme kolaylığı ile hareketli makaranın kuvvetten kazandırma özelliğini birleştirir — kuyudan su çekme sistemlerinde, vinçlerde bunu görürsün.

Aşağıdaki tablo üçünü karşılaştırıyor:

F.8.5.1.1

Eğik düzlem: rampanın sırrı

Eğik düzlem, bir yüzeyin eğimli olarak kullanılmasıdır — rampa, yol, kamyon arkasındaki iniş tahtası. Bir yükü doğrudan dikey olarak kaldırmak yerine, eğimli bir yüzey boyunca iterek yukarı çıkarırsın.

Burada da benzer bir denge kuralı geçerlidir: Kuvvet × düzlemin uzunluğu = Yük × yükseklik. Düzlem ne kadar uzun (yani eğim ne kadar az dik) olursa, gereken kuvvet o kadar azalır.

Bedeli yine aynı: az kuvvetle çıkarsın ama daha uzun bir yol katetmen gerekir. Rampa dik değilse yürümesi kolaydır ama daha çok adım atarsın.

F.8.5.1.1

Çıkrık: büyük tekerlek, küçük kuvvet

Çıkrık, farklı yarıçaplı iki tekerleğin aynı eksende birlikte döndüğü bir düzenektir. Kuyudan kova ile su çekmede kullanılan kol-tekerlek sistemi, kapı kolu, tornavida, direksiyon simidi hep çıkrık mantığıyla çalışır.

Sen büyük yarıçaplı kolu döndürürsün, ip ya da zincir küçük yarıçaplı tekerleğe sarılır. Kural yine benzerdir: Kuvvet × kolun yarıçapı = Yük × tekerleğin yarıçapı.

Kol ne kadar uzunsa (yarıçapı ne kadar büyükse), o kadar az kuvvetle döndürebilirsin — ama kolu bir tur döndürmek için elini daha uzun bir çember boyunca hareket ettirmen gerekir. Kapı kolunun neden ince menteşeye değil de uzak bir noktaya takıldığını şimdi biliyorsun.

F.8.5.1.1

Dişli çark, vida ve kasnak da birer basit makine

Kazanım bu üçüne ayrıntılı girmemizi istemiyor ama günlük hayatta çok sık karşına çıkacakları için tanımalısın.

Dişli çarklar, birbirine geçmiş dişli tekerleklerdir; biri dönünce diğerini de döndürür — bisikletin pedal-arka teker sistemi ve saatlerin iç mekanizması buna örnektir. Küçük dişli çabuk, büyük dişli yavaş döner.

Vida, aslında bir eğik düzlemin bir silindir etrafına sarılmış hâlidir — tornavidayla vidayı çevirdiğinde küçük bir kuvvetle büyük bir sıkıştırma kuvveti elde edersin.

Kasnak, çıkrığa benzer ama genelde kayışla iki tekerleği birbirine bağlar; motorların fan kayışı, çamaşır makinesinin tahrik sistemi buna örnektir.

F.8.5.1.1