Basit Makine Nedir ve Özellikleri Nelerdir?
Basit Makine Nedir ve Özellikleri Nelerdir?
Çok az parçacıktan meydana gelen ve sadece tek bir kuvvet çeşidini kullanan makinelere “basit makine” denir.
Basit Makinelerin Özellikleri:
- Uygulanan kuvvetin büyüklüğü (şiddetini) ve yönü değiştirilerek iş yapma kolaylığı sağlanır.
- Yoldan, hızdan, kuvvetten, zamandan kazanç sağlanmasına rağmen iş veya enerjiden kazanç sağlamak mümkün değildir.
- Kuvvetten kazanç varsa, yoldan aynı miktarda kayıp vardır (ters etki).
- Yoldan kazanç varsa, kuvvetten aynı miktarda kayıp vardır (ters etki).
- Yapılan işi çok değişik enerjilere çevirebilir (enerji dönüşümü olabilir).
- Basit makineye uyguladığımız kuvvete giriş kuvveti, makineden elde ettiğimiz kuvvete de çıkış kuvveti denir.
- Basit makineler enerji tasarrufu sağlamaz (az enerji ile fazla iş yapılamaz).
Kuvvet Kazancı Nedir?
Giriş kuvveti, çıkış kuvvetinden küçük ise kuvvet kazancı vardır. Uygulanan kuvvet, yükten küçük ise kuvvet kazancı vardır.
Kuvvet Kazancı Formülü: Kuvvet Kazancı=Yu¨kKuvvet veya Kuvvet koluYu¨k kolu\text{Kuvvet Kazancı} = \frac{\text{Yük}}{\text{Kuvvet}} \text{ veya } \frac{\text{Kuvvet kolu}}{\text{Yük kolu}}
Kuvvet kazancı 1’den büyük ise kuvvet kazancı vardır, küçükse kuvvetten kayıp vardır. Örneğin, 100 Newton ağırlığındaki cismi 50 Newton kuvvet uygulayarak kaldırdığımızda kuvvet kazancı elde ederiz.
Makaralar
Çevresinden bir ip geçirilen, bir eksen etrafında dönebilen ve cisimleri yükseğe kaldırmak için kullanılan basit makinelere makara denir.
Sabit Makaralar
Sabit bir yere asılarak kullanılan makara çeşidine sabit makara denir.
- Uygulanan kuvvet, yükün ağırlığına eşittir (Yük = Kuvvet).
- Sabit makaralar kuvvetin yönünü değiştirir (kuvvet aşağı, yük yukarı hareket eder).
- Kuvvetten ve yoldan kazanç sağlanamaz (Kuvvet kazancı = 1).
- Sabit makaralar sadece kuvvetin yönünü ve doğrultusunu değiştirdiği için iş yapma kolaylığı sağlar.
- Makaranın ağırlığı kuvveti ve yükü değiştirmez.
- Makara çapı kuvvete etki etmez.
- Makaradan çekilen ipin yönü kuvveti etkilemez.
Sabit Makara Kullanım Alanları
- Bayrak direklerinde,
- İnşaatlarda,
- Gemilerde ve kuyularda,
- Dağcılar ve stor perdelerde sabit makara kullanılmaktadır.
Hareketli Makaralar
Hareketli makaralarda yük, makara ile beraber hareket eder.
- Kuvvetten iki kat kazanç, yoldan iki kat kayıp vardır.
- Kuvvet kazancı = 2’dir.
- Yükü 2 metre yukarı çıkarmak için, ip 4 metre çekilmelidir.
- Hareketli makarada kuvvetin yönü değişmez (yük ile kuvvet aynı yönlüdür).
- F=Yu¨k2F = \frac{\text{Yük}}{2} (Kuvvet yükün yarısıdır).
- Makara ağırlığı önemsendiği durumlarda makara ağırlığı yüke ilave edilir.
- Makara çapı kuvveti etkilemez.
Palangalar
Hareketli ve sabit makaraların birlikte kullanıldığı sistemlerdir.
- Kuvvetten kazanç, yoldan kayıp vardır.
- Kuvvet kazancı hareketli makara sayısına göre değişir, sabit makara etkilemez.
- Kuvvetin yönü çekilen ip aşağı yönlü ise değişir, yukarı yönlü ise değişmez.
- Palangalar sabit noktaya bir yerden bağlanmıştır.
- Palangalar, hareketli ve sabit makaradan oluşan bileşik makinedir.
Not: Makaralarda aynı iplerdeki gerilmeler eşittir.
Kuvvet Hesaplama: Kuvvet=Toplam yu¨kYu¨ku¨ c¸eken ip sayısı\text{Kuvvet} = \frac{\text{Toplam yük}}{\text{Yükü çeken ip sayısı}}
Palangada Kuvvet Nasıl Bulunur?
Hareketli ve sabit makaralar arasına çizgi çekilir. Aralarındaki ip sayılır. En son ip aşağı yönlü ise sayılmaz, yukarı yönlü ise sayılır. Yük ip sayısına bölünür.
Örnek: Aşağıdaki palangada 120 N yükü kaç N’lik kuvvetle çekebiliriz, kuvvet kazancı nedir?
Palanga Kullanım Alanları
- Vinç,
- Asansör gibi araçlarda kullanılır.
Kaldıraçlar
Kaldıraçlar, destek denilen sabit noktalar üzerinde hareket eden çubuklardır.
Kuvvet Kolu: Kuvvet uygulanan nokta ile destek noktası arasındaki kola kuvvet kolu denir. Kuvvet kolu ne kadar uzunsa kuvvet kazancı o kadar fazla olur.
Yük Kolu: Destek ile yük arasındaki kola ise yük kolu adı verilir.
Kaldıraçlarda Formül
Kuvvet×Kuvvet Kolu=Yu¨k×Yu¨k Kolu\text{Kuvvet} \times \text{Kuvvet Kolu} = \text{Yük} \times \text{Yük Kolu}
Kaldıraçlar, destek noktasının yerine göre tek taraflı ve çift taraflı kaldıraçlar olmak üzere ikiye ayrılır.
Çift Taraflı Kaldıraçlar
Destek ortadadır. Bu tip kaldıraçlarda:
- Tam ortada ise kuvvetten kazanç yoktur (yük ile kuvvet birbirine eşit).
- Yüke yakın ise kuvvetten kazanç vardır (kuvvet kolu uzun, yük kolu kısa).
- Kuvvete yakın ise yoldan kazanç vardır (kuvvet kolu kısa, yük kolu uzun).
- Destek ortada olan kaldıraçlar kuvvetin yönünü değiştirir.
Örnekler:
- Kerpeten,
- Keser,
- Karga burun,
- Pense,
- Makas,
- Tırnak makası,
- Bağ makası,
- Levye,
- Sandal küreği,
- Tahterevalli,
- Manivela,
- Eşit kollu terazi,
- Demir kesme makası.
Yükün Arada, Kuvvet ve Destek Arasında Olduğu Kaldıraçlar
Kuvvetin Arada Yük ve Destek Arasında Olduğu Kaldıraçlar.
Desteğin Arada Kuvvet ve Yükün Arasında Olduğu Kaldıraçlar
Desteğin Arada Kuvvet ve Yükün Arasında Olduğu Kaldıraçlar.
Tip Kaldıraçlar (Yük Ortada)
Yük kuvvet ile destek arasındadır.
- Bu tip kaldıraçlarda kuvvetten kazanç, yoldan kayıp vardır.
- Kuvvet kazancı 1’den büyüktür.
- Kuvvetin yönü değişmez.
Yük Ortada Olan Kaldıraç Örnekleri:
- El arabası,
- Gazoz açacağı,
- Ceviz kıracağı,
- Menteşeli kapı,
- Pencere,
- Buzdolabı kapağı,
- Kâğıt delgeç,
- Kağıt kesme makinesi (Giyotin).
Tip Kaldıraçlar (Kuvvet Ortada)
Kuvvet, yük ile destek arasındadır.
- Bu tip kaldıraçlarda kuvvetten kayıp, yoldan kazanç vardır.
- Kuvvetin yönü değişmez.
- Kuvvet kazancı 1’den küçüktür.
Kuvvet Ortada Olan Kaldıraç Örnekleri:
- Kürek,
- Cımbız,
- Maşa,
- Tenis raketi,
- Tel zımba,
- Olta,
- Kolumuz ve bacağımız,
- Çekiç,
- Alt çene kemiği.
Not: Kolumuzu kullanırken omuz da destek olarak kullanılabilir.
Eğik Düzlem (Rampa)
Ağır bir yükü yukarıya çıkarmak için eğik düzlem kullanılır.
Formül: Kuvvet×Kuvvet Yolu=Yu¨k×Yu¨k Yolu\text{Kuvvet} \times \text{Kuvvet Yolu} = \text{Yük} \times \text{Yük Yolu} F×l=P×hF \times l = P \times h
Eğik düzlemde daima kuvvetten kazanç, yoldan kayıp vardır (sürtünme ihmal edilecektir).
- Kuvvetin yaptığı iş ile yükün yaptığı iş eşittir.
- Yükü eğik düzlemle ya da aşağıdan yukarı çıkarmanın iş bakımından farkı yoktur.
- Eğik düzlemde kuvvetin yönünü değiştirir.
- Eğik düzlemin boyu uzadıkça (eğim azaldıkça) kuvvetten kazanç, yoldan kayıp artar.
Eğik Düzlem Kullanım Alanları
- Kama, eğik düzlemden oluşan basit makinedir.
- Balta,
- İğne,
- Kaydırak,
- Merdiven,
- Kaykay pisti,
- Vida,
- Engelli rampası,
- Murç (keski),
- Bıçak,
- Düz tornanın ucu eğik düzlemdir.
Çıkrık
Dönme eksenleri aynı, yarıçapları farklı, bir eksen etrafında dönebilen iç içe geçmiş silindirlere çıkrık denir.
- Silindirlerin dönme yönleri ve dönme sayıları eşittir.
- Çıkrıkta kuvvetten kazanç, yoldan kayıp vardır.
- Kuvvet kolunun uzunluğu arttıkça kuvvet kazancı artar (daha az kuvvet uygulanır).
- Silindirin yarıçapı arttıkça kuvvet kazancı azalır (daha fazla kuvvet uygulanır).
- İş ve enerjiden kazanç yoktur.
- Kuvvetin yönü ile yükün hareket yönü aynıdır, çıkrıkta kuvvetin yönü değişmez.
Çıkrık Formülü: Kuvvet×Kuvvet Kolu=Yu¨k×Yu¨k Kolu\text{Kuvvet} \times \text{Kuvvet Kolu} = \text{Yük} \times \text{Yük Kolu} F×R=P×rF \times R = P \times r
Çıkrık Kullanım Alanları:
- Kuyu çıkrığı,
- Kıyma makinesi,
- Anahtar,
- İngiliz anahtarı,
- Kapı kolu,
- Kapı tokmağı,
- El matkabı,
- Direksiyon,
- Musluk,
- Tornavida,
- Olta mekanizması,
- Bijon anahtarı,
- Bisiklet pedalı,
- Kalemtıraş makinesi,
- Kahve değirmeni,
- El mikseri.
Diğer Basit Makineler
Dişli Çarklar (Dişliler)
Bisiklette, fabrikalarda, motorlu araçlarda, saatte bol miktarda bulunur.
- Dişlilerde:
- Dişlinin çapı büyüdükçe diş sayısı da artar (doğru orantılı).
- Dişlinin diş sayısı arttıkça dönme sayısı azalır (ters orantılı).
Dişli Çarklarda Formül: n1×r1=n2×r2n_1 \times r_1 = n_2 \times r_2
Birbirine temas halinde olan iki dişlide büyük dişlide fazla diş bulunur. Küçük dişlide az diş bulunur. Büyük dişli az, küçük dişli çok döner.
Örnek: Büyük dişlinin yarıçapı 52 cm, küçük dişlinin yarıçapı 13 cm’dir. Büyük dişli 4 tur döndüğünde küçük diş kaç tur döner?
Kasnak
Sabit bir eksen etrafında dönebilen silindirlerin, birbirine kayış yardımı ile bağlanması ile kasnaklar oluşur. Silindirlerin dönme yönleri kayışın bağlanma şekli ile değişir.
Vida
Vida, silindirin etrafına sarılı bir eğik düzlemdir.
- İki yüzeyi birbirine tutturmak için kullanılır.
- Vidanın iki dişi arasındaki mesafeye vida adımı denir. Vida bir tur attığında vida adımı kadar ilerler.
- Vida da kuvvetten kazanç, yoldan kayıp vardır.
- Vida adımı büyüdüğünde vida daha fazla yol alır fakat daha fazla kuvvet uygulamak gerekir.
- Vida da kuvvetin yönü ve büyüklüğü değişir.
Tekerlek
Tarihteki en önemli buluştur. Tekerlek de bir basit makinedir.
Bileşik Makine
Basit makinelerin bir araya getirilmeleriyle oluşturulmuş bileşik makineler de vardır ve bileşik makineler hayatımızda daha fazla yer tutar.
İki ya da daha fazla basit makinenin birleşmesiyle oluşan araçlara bileşik makine denir.
Örnekler:
- El arabası: kaldıraç, eğik düzlem ve tekerlekten oluşan bileşik makine.
- Bisiklet: tekerlek, dişli, kaldıraç ve çıkrıktan oluşan bileşik makine (fren mekanizması kaldıraç, pedal ise çıkrıktır).
- Olta: dişli çark, çıkrık, sabit makara ve kaldıraçtan oluşan bileşik makine.
- Tırnak makası: kaldıraç ve eğik düzlemden (tırnak kesen kısım) oluşan bileşik makine.
- El mikseri: çıkrık ve dişli çarktan oluşan bileşik makine.
- Makas: kaldıraç ve eğik düzlem (kama) oluşan bileşik makine.
