8. SINIF FEN BİLİMLERİ LGS HAZIRLIK DERS NOTLARI
5. ÜNİTE
BASİT MAKİNELER
Basit makineler, bir veya iki parçadan oluşan ve tek bir kuvvetin etkisiyle çalışan, bir kuvveti harekete, hareketi de tekrar kuvvete dönüştürebilen, bir işi daha az kuvvetle yapabilmemizi sağlayan, araçlardır. Çok az parçadan oluşarak iş kolaylığı sağlayan bu tür araçlara Basit Makineler adı verilir. Ekmek kesmek için kullandığımız bıçak, yük taşımak için kullandığımız el arabası, çivi sökmek için kullandığımız keser, gazoz kapağını açmak için kullandığımız açacak, yemek yerken kullandığımız kaşık basit makine örnekleridir.
Basit makineler uygulanan kuvvetin yönünü ve büyüklüğünü değiştirerek iş yapma kolaylığı sağlarlar. Fakat hiç bir basit makinede işten ve enerjiden kazanç sağlanamaz. Yani basit makineler kendilerine verilen enerjiden daha fazla iş yapamaz. Basit makinelerde kuvvetten veya yoldan kazanç sağlanabilir. Basit makinelerde kayıplar ihmal edilirse, kuvvetten kazanç sağlandığı aynı oranda yoldan kaybedilir ve yoldan kazanç sağlandığı aynı oranda kuvvetten kaybedilir. ( İş = kuvvet x yol )
Basit makineler uygulanan kuvvetin tersi yönünde yüke hareket kazandırabileceği gibi uygulanan kuvvetin yük üzerindeki etkisini artırabilir. Basit makinelerde uygulanan kuvvete giriş kuvveti, mekanizmanın çalışmasından doğan kuvvete çıkış kuvveti denir. Basit makinelerde giriş kuvvetinden daha büyük çıkış kuvveti elde edilebilir. Bu durumda kuvvetten kazanç sağlanır. Basit makinelerde kuvvet kazancı ;
Kuvvet Kazancı = Yük ağırlığı / Dengeleyici kuvvet değeri formülü ile bulunur.
Kaldıraç, makara, eğik düzlem, vida, dişli, çıkrık, palanga, kama ve tekerlek basit makine çeşitlerine örnektir.
1) Makaralar
A) Sabit Makaralar
Sabit bir noktaya bağlı, ip geçeceği oyuk bulunan ve ortasından geçen eksen etrafında serbestçe dönebilen disk şeklindeki araçlara sabit makara adı verilir. Sabit makaralarda uygulanan kuvvet cismin ağırlığına eşittir.( F=P) Bu nedenle kuvvetten kazanç yoktur. Dolayısı ile yoldan da kazanç yoktur. Cismi yukarı çıkarmak için kuvvet aşağı yönde uygulanmıştır. Bu nedenle sabit makaralar sadece uygulanan kuvvetin yönünü değiştirerek iş kolaylığı sağlamış olurlar.
Sabit makaralarda, kuvvetin uygulandığı ip ne kadar çekilirse, yük o kadar yukarı çıkar.
İpin çekilme miktarı = Yükün yükselme miktarı
Dengeleyici Kuvvet= Yükün ağırlığı
B) Hareketli Makaralar
Dönerek yük ile birlikte hareket eden makaradır. Bu makaralarda cismin ağırlığı iki ip tarafından eşit olarak paylaşılır. Bu nedenle uygulanan kuvvet toplam ağırlığın ( yük ve makara ağırlığı ) yarısı kadar olur. Bir hareketli makarada kuvvetten iki kat kazanç, yoldan ise iki kat kayıp vardır. Yani 12 N luk yükü 40 cm yukarı çekmek için 6 N kuvvetle 80 cm boyunca ipi çekmemiz gerekir. Makara sayısının artması, kuvvet kazancını artırır. Hareketli makaralar, uygulanan kuvvetin yönünü değiştirmezler.
İpin çekilme miktarı = 2 x Yükün yükselme miktarı
Dengeleyici Kuvvet = Yük ağırlığı / 2
Kuvvet Kazancı= Yük ağırlığı / Dengeleyici Kuvvet
C ) Palangalar ( Hareketli Makara Sistemi)
Sabit ve hareketli makaraların birlikte kullanıldığı sisteme palanga adı verilir. Bileşik makara sistemlerinde cismi taşıyan ip sayısı arttıkça cismi dengelemek için gerekli olan kuvvet azalır.
Yandaki makara için;
F= P / 4 tür. Çünkü sayacak olursak 4 adet ip olduğunu görürüz. Yük 4 ip tarafında eşit olarak paylaşılacaktır.
Bu nedenle F= 400 N / 4 = 100 N dur.
Dengeleyici Kuvvet= Yük ağırlığı / Sabit makara ile hareketli makara arasındaki ip sayısı
Kuvvet Kazancı== Yük ağırlığı / Dengeleyici Kuvvet
ÇOK ÖNEMLİ !!!!!!!!!!!!!!!!!
Makara problemlerinde yandaki tabloda verilen formülleri kullanarak kolayca soruyu çözebilirsiniz. Bileşik makara sistemi sorusunda kuvvet uygulanan nokta eğer sabit makara ise;
F= Kuvvet / Makara sayısı
Kuvvet uygulanan nokta hareketli makara ise;
F= kuvvet / Makara sayısı+1
Formüllerini kullanarak sonuca gidebilirsiniz.
Dengeleyici kuvvetin bağlı olduğu ipin çekilme miktarı, sabit ve hareketli makara arasındaki ip kollarının sayısı arttıkça artar.
İpin çekilme miktarı = İp sayısı x yükün yükselme miktarı
Palangada kuvvetten kazanç sağlama oranında yoldan kayıp vardır. Yani kuvvet kazancı 4 olan bir palangada, yükü 1 m yükseltmek için kuvvetin uygulandığı ip 4 m çekilmelidir.
2 ) Kaldıraçlar
Kaldıraçlar, destek adı verilen sabit bir nokta üzerinde hareket eder. Yükün desteğe uzaklığına yük kolu, kuvvetin desteğe olan uzaklığına kuvvet kolu denir.
Kaldıraçlarda; kuvvet ve yük dengede ise, eşitlik aşağıdaki gibidir;
Kuvvet x Kuvvet Kolu = Yük x Yük Kolu
Kaldıraçlar kuvvet, destek ve yükün konumuna göre 3 çeşittir.
A ) Desteğin Arada Olduğu Kaldıraçlar
Şekildeki kaldıraçta destek, kuvvet ile yükün arasındadır. Kuvvet aşağı yönde uygulanarak yük dengede tutulduğu için bu kaldıraç kuvvetin yönünü değiştirir. Kuvvetin yönünü değiştirebildikleri için çift taraflı kaldıraç olarak da adlandırılırlar. Bu tip kaldıraçlarda destek yüke yakınsa kuvvetten kazanç sağlanır. Destek kuvvete yakın olursa kuvvetten kayıp olur.
Makas, kerpeten, pense gibi araçlar, bu tip kaldıraçlara örnek verilebilir.
B) Yükün Arada Olduğu Kaldıraçlar
Yük, kuvvet ile destek arasındadır. Bu tip kaldıraçlarda kuvvet kolu, yük kolundan büyük olduğundan her zaman kuvvetten kazanç olur. Yani yük daha az bir kuvvet ile kaldırılır. Bu durum kaldıracın uygulanan kuvveti artırdığı anlamına gelir. Uygulanan Kuvvetin yönünü değiştirmezler. Tek taraflı kaldıraçlar olarak da adlandırılırlar.
Bu tip kaldıraca fındık-ceviz kıracağı, el arabası, delgeç, gazoz açacağı, menteşeli kapılar örnek verilebilir.
C ) Kuvvetin Arada Olduğu Kaldıraçlar
Bu tip kaldıraçlarda kuvvet kolu, yük kolundan küçük olduğundan her zaman kuvvetten kayıp olur. Uygulanan kuvvetin yönünü değiştirmezler. Tek taraflı kaldıraçlar olarak da adlandırılırlar.
Bu tür kaldıraçlara, maşa, cımbız, kürek veya tenis raketi örnek verilebilir.
3 ) Eğik Düzlem
Ağır yükleri yukarı çıkarmak için oluşturulan rampa düzeneklerine eğik düzlem denir. Eğik düzlem en basit olarak, iki ucu farklı yükseklikte tutulan tahta ya da kalastan ibarettir. Eğik düzlemde her zaman kuvvetten kazanç sağlanır. Bunun nedeni yoldan kayıp yaşanmasıdır. İş ve enerjiden kazanç sağlanmaz. Cismi eğik düzlem üzerinde daha da küçük kuvvetle hareket ettirmek için daha uzun rampa kullanmak gerekir. Yani eğik düzlemin açısı ne kadar küçük olursa, o kadar fazla kuvvet kazancı sağlanır. Yükün hareket ettirildiği yola, eğik düzlemin boyu denir ve ‘’ L’’ ile gösterilir. Eğik düzlemin tabanının yükün çıkarılacağı en üst noktasına olan uzaklığına ise eğik düzlemin yüksekliği denir ve ‘’h’’ ile gösterilir.
Kuvvet Kazancı = Eğik düzlemin boyu / Yükseklik
Eğik düzlemin eğimi azalırsa; Yani yükseklik sabit kalıp, eğik düzlemin boyu artarsa:
· a) Cismi hareket ettirmek için gerekli kuvvet azalır fakat yol artar.
· b) Kuvvet kazancı artar.
Dağların tepelerine çıkan yollar , eğimin azaltılıp araçların daha kolay hareket etmesi için virajlı yapılır.
İş = Kuvvet x yol formülüne göre;
1.İşçi: 10 N x 2,5 m = 25 J iş yapar
2.İşçi: 25 N x 1m = 25 J iş yapar
Görüldüğü gibi, eğik düzlemde iş ve enerjiden tasarruf sağlanmaz, kuvvet kazancı artar ve iş yapma kolaylığı sağlanır.
Vida
Vida, silindirin etrafına sarılmış bir eğik düzlemdir. Cisimleri birbirine tutturmak için kullanılır. Vidanın iki dişi arasındaki uzaklığa vida adımı denir.
Vida 1 tam tur döndüğünde vida adımı kadar zeminde ilerler. Vida da kuvvetten kazanç, yoldan kayıp vardır. Araçlardaki akordeon krikolar da vida düzeneği içerirler.
4) Çıkrık
Aynı dönme ekseni üzerine yerleştirilmiş ve yarıçapları farklı silindirlerden oluşan bir basit makinedir. Kuvvetin uygulandığı çevirme kolunun çapı, yükün bağlı olduğu silindirin çapından büyüktür. Bu nedenle yük, küçük bir kuvvetle hareket ettirilir. Yani kuvvetten kazanç vardır. Ancak yoldan kayıp vardır. Yani yükü 1 metre yükseltmek için, kuvvetin uygulandığı kolu döndürerek 1 metreden fazla yol alınır. İş ve enerjiden kazanç sağlanmaz.
Anahtar, araç direksiyonları, bisiklet gidonları, vanalar, kalemtıraş, el mikseri, el matkabı, tornavida, bisiklet pedalı, kahve değirmeni, musluk, olta makinesi ve kıyma makinesi çıkrığa örnek verilebilir.
5) Dişli Çarklar
Bir sistem içinde bir parçanın hareketini diğer bir parçaya aktarmak için dişliler kullanılır. Dişlilerden birine uygulanan kuvvet dişler yardımıyla diğer dişliye iletilir. Dişli çarklar, kısaca dişliler olarak adlandırılır. Dişliler; bisiklet, kurmalı saat, el matkabı, el mikseri, çamaşır makinesi, kurmalı oyuncak araba, dikiş makinesi, gemi ve otomobil gibi bir çok araçta kullanılır. Dişliler hareketin yönünü ve hızını değiştirir.
Birbiri ilke doğrudan temas eden dişliler birbirleriyle zıt yönde dönerler. Dönme sayısı diş sayısı ile ters orantılı olarak değişir.
Diş sayısı büyük olan dişli bir miktar döndürüldüğünde, onunla temas halindeki diş sayısı az olan dişli daha fazla döner
Örneğin; 24 dişi olan bir K dişlisi 1 tur döndürüldüğünde, onunla temasta olan ve 12 dişi olan L dişlisi ters yönde 2 tur döner.
Dönme sayısı yarı çap uzunlukları ile ters orantılı değişir.
Dişli büyüdükçe diş sayısı artar.
Dişlilerde diş sayısı yarı çapla doğru orantılıdır.
Dişlilerde tur sayısı yarı çapla ters orantılıdır.
6) Kasnaklar
Dişleri olmayan tekerleklerdir. Kasnaklar birbirlerine bir kayış ile bağlanır ve kuvvet aktarımı sağlarlar. Kasnaklar hareketin dönme yönünü ve hızını artırmak için kullanılırlar. Kasnakların yarı çapı değiştirilerek dönme hızları artırılıp azaltılabilir.
Kayışın bağlanma şekli değiştirilerek kasnakların dönüş yönü değiştirilebilir.
Düz Bağlama : Her iki kasnak da aynı yönde dönerler.
Çapraz Bağlama : Kasnaklarının her biri farklı yönlerde dönerler.
Yandaki gibi kasnaklardan birinin yarıçapı 10 cm, diğerinin yarıçapı 30 cm olsun. Büyük kasnak 1 tur döndüğünde küçük kasnak 3 tur döner. Kayışın bağlanma şekli değiştirilerek kasnakların dönüş yönü değiştirilebilir.