Basit Makinalar (Ders Notu)

AskinElibol

Öğretmen
13 Ara 2020
15,387
14
38
Özet
BASİT MAKİNALAR
Basit Makineler Yaşamımızı Kolaylaştırır
Günlük yaşantımızda işlerimizi kolaylaştırmak için kullandığımız, bir ya da iki parçadan oluşan araçlara basit makineler denir. Basit makineler, iş ya da enerjiden bir kazanç sağlamazlar. Sürtünmeleri ihmal ettiğimizde, basit makineyle yapılan iş, yükün kazandığı enerjiye eşittir. Basit makineler, kuvvetin doğrultusunu, yönünü ya da büyüklüğünü değiştirmek için kullanılır.
Basit makinelerin temel prensipleri,
1. Kuvvetten kazanç varsa ayni oranda yoldan kayıp olur.
2. Yoldan kazanç varsa, ayni oranda kuvvetten kayıp olur.
3. Basit makineler iş veya enerjiden asla kazanç sağlamaz.
Başlıca basit makineler şunlardır; kaldıraçlar, makaralar, palangalar, çıkrık, eğik düzlem, vida, kama, dişli çarklar ve tekerleklerdir.

Kaldıraçlar: Sabit bir destek etrafında hareket edebilen sağlam çubuklara kaldıraç denir.









Kaldıracın etrafında döndüğü noktaya destek denir. Uygulanan kuvvetin destek noktasına olan uzaklığa kuvvet kolu, yük ile destek arasındaki uzaklığa yük kolu denir. Bir kaldıraçta kuvvet kolu, yük kolundan ne kadar uzun olursa, bu kaldıraçla kaldırılabilecek yük de o kadar büyük olur.

Şekildeki gibi denge durumundaki bir kaldıraçta kuvvetle kuvvet kolunun çarpımı, yükle yük kolunun çarpımına eşittir. Buna kaldıraç bağıntısı denir.

Kuvvet x Kuvvet kolu = Yük x Yük kolu

Bunu sembolle gösterirsek,

F x |AO| = P x |OB|






Kaldıraçlar, destek noktasının bulunduğu yere göre çift taraflı ve tek taraflı kaldıraç olmak üzere iki gruba ayrılır.



1. Çift Taraflı Kaldıraç

Desteğin ortada olduğu kaldıraçlara denir. Kuvvetin yönünü değiştirir, kuvvetten kazanç sağlar.




Günlük hayatta çift taraflı kaldıraca benzer pek çok araç kullanırız. Örneğin makas, pense, eşit kollu terazi, levye, kayık küreği, tahterevalli desteğin ortada olduğu kaldıraca benzer araçlardır.








2. Tek Taraflı Kaldıraç

Desteğin uçta olduğu kaldıraçtır. İki çeşittir:



a. Desteğin uçta, yükün ortada olduğu kaldıraç. Kuvvetten kazanç, yoldan kayıp vardır.




Desteğin uçta, yükün ortada olduğu kaldıraçlara örnekler; el arabası, fındık kıracağı, gazoz açacağı, çenemiz.






2 b. Desteğin uçta, kuvvetin ortada olduğu kaldıraç. Yoldan kazanç, kuvvetten kayıp vardır.


Bu çeşit kaldıraca örnekler; cımbız, maşa, iş makinelerinin pistonla çalışan kolları, ön kollarımız.




Kuvvet Kazancı: Basit makinelerde kuvvet kazancı, yükün kuvvete oranı olarak ifade edilir.



yük x yük kolu = kuvvet x kuvvet kolu olduğuna göre,

yazılabilir.

Kuvvet kazancı = Yük / Kuvvet = Yük kolu / Kuvvet kolu



ÖRNEK: Şekildeki düzenekte yükü dengeleyen kuvvet kaç N’dur?






ÖRNEK: Aşağıdaki sistemleri dengeye getirmek için okla gösterilen noktalara kuvvetler uygulanmaktadır. Hangi kuvvet en büyüktür?








ÖRNEK: Şekildeki sistem dengededir. Çubuğun ağırlığı

ihmal edilmiştir.

Sistemi dengede tutan F kuvveti kaç N’dur?

Kuvvet kazancı kaçtır?













ÖRNEK:

Şekildeki gibi eşit bölmelendirilmiş homojen bir çubuk,bir iple tavana asılarak dengelenmiştir.

Çubuğun ağırlığı 50 N olduğuna göre, ipteki

gerilme kaç N’dur?

Özet
MAKARALAR

Üzerinde ipin geçebileceği oluk bulunan, sabit bir eksen etrafında serbestçe dönebilen disk şeklinde bir araçtır.
Makaralar, kullanış şekline göre sabit ve hareketli olmak üzere iki çeşittir.

1. Sabit Makara

Dönme ekseni bir yere sabitlenmiş makaradır. İp makara üzerinden geçirilir ve ucuna yük asılır. İp diğer ucundan çekilince yük kaldırılır. Sabit makara sadece kuvvetin yönünü değiştirir, kuvvetten ya da yoldan kazanç sağlamaz. Sürtünmeler ihmal edilirse kuvvet, yüke eşittir.

2. Hareketli Makara

Dönme ekseni bir çengelle yüke bağlanmış, yükle beraber hareket eden makaradır.
Sürtünmeler ihmal edilirse, hareketli makarada kuvvet yükün yarısına eşittir.

ÖRNEK: Şekildeki sistemde, 10 N’luk P yükünü dengeleyen F kuvveti kaç N’dur? (Ipin ve makaranın ağırlığı ile sürtünme ihmal edilecek)



Palangalar

Sabit ve hareketli makaraların birlikte kullanılmasıyla oluşturulmuş sisteme palanga denir. Palangada kuvvetten büyük oranda kazanç vardır. Fakat aynı oranda yoldan kayıp vardır.












ÖRNEK:

Şekildeki sistemde makaralar ağırlıksızdır.

Sistem sürtünmesizdir.

a. Yükü dengeleyen kuvvet kaç N’dur?

b. Yükü 10 m kaldırmak için ip kaç m çekilmelidir?

c. Kuvvet kazancı nedir?











*****Makaralar ve palangalar, iş makinelerinde gemilerde, yük kaldırma makinelerinde kullanılır.



*****Bayrak direğinin üst tarafında sabit makara bulunur.





ÖRNEK: Şekildeki sistemde 400 N’luk kuvvetle kaç N’luk yük dengelenebilir?














ÖRNEK: Şekildeki sistemde yükü 20 m kaldırmak için ipin kaç m çekilmesi

gerekir?





















Özet
MERKEZLERİ FARKLI OLAN MAKARALAR

Merkezleri farklı olan makaralarda kuvveti birinden
diğerine aktarmak için zincir ya da kayış kullanılır.

Şekildeki makaralar için;
büyük makaranın dönme sayısı = n1
küçük makaranın dönme sayısı = n2
büyük makaranın yarıçapı = r1
küçük makaranın yarıçapı = r2










Kayışlar çapraz takılarak makaraların dönme yönleri
değiştirilebilir.








Eğik Düzlem

Bir ucu diğer ucundan daha yüksekte olan düzlemlere
eğik düzlem denir.
Eğik düzlem kullanılarak, çok büyük ağırlıklar, küçük
kuvvetlerle kaldırılabilir.
Dağlara çıkan kıvrımlı yollar, yürüyen merdivenler, yükleme rampaları, yükleme kalası, eğik düzleme örnek olarak verilebilir.

Bu şekilde P yükü, F kuvveti, L kuvvet yolunu, h
yük kolunu göstermektedir.
Eğik düzlemde, sürtünmeler ihmal edilirse, yükün
yaptığı iş, kuvvetin yaptığı işe eşittir.
Kuvvet x kuvvet yolu = Yük x Yük yolu

F x L = P x h

F/P = h/L F = P.h / L

Bu formülden görülebileceği gibi, eğik düzlem ne kadar uzun olursa, yükü çeken kuvvet o kadar az olur. Ayrıca, eğik düzlemin yüksekliği ne kadar az olursa, yükü çeken kuvvet de o kadar az olur.

ÖRNEK:
Şekildeki eğik düzlemde AB = 6 m, BC = 2 m olduğuna göre 240 N’luk P yükünü hareket ettirmek için en az kaç N’luk F kuvveti uygulanmalıdır? (Sürtünme önemsenmeyecek)
Çıkrık
Yarıçapları birbirinden farklı, dönme eksenleri aynı, birbirine sabitlenmiş iki silindirden oluşan bir sistemdir.
Çıkrık, çift taraflı kaldıraca benzer.

Sürtünmelerin ihmal edildiği bir çıkrık için şu bağıntı yazılabilir:

F x R = P x r

Motorla çalışan makinelerin çoğunda çıkrık sistemi vardır.
Çevremizde çıkrığa benzer birçok araç gereç bulunur. Tornavida, anahtar, kapı kolu, pencere kolu, musluk başı, bisikletlerin pedal sistemi, vana başları, araba direksiyonu, el mikseri, el matkabı, kahve değirmeni çıkrık prensibine göre çalışır.




Dişli Çarklar
Dişli çarklar, üzerinde eşit aralıklarla açılmış dişlerin bulunduğu, sabit bir eksen etrafında dönebilen silindir şeklindeki yapılardır. Silindir üzerindeki dişler, çarkların birbirine geçmesine yarar. Dişler, bir çark üzerine uygulanan kuvveti
diğer çarklara aktarır. Dişli çarklar hareketin yönünü ve hızını değiştirmeye yarar.

Birbirine değen dişlilerin dönme yönleri terstir.
Şekildeki birbirine değen dişliler için;
büyük dişlinin dönme sayısı = n1
küçük dişlinin dönme sayısı = n2
büyük dişlinin diş sayısı = r1
küçük dişlinin diş sayısı = r2

n1 / n2 = r1 / r2

Vida
Vida, silindirle eğik düzlemin birleşmiş bir şekli gibi düşünülebilir. Vida, bir silindir üzerinde spiral şeklinde açılmış oyuklardan oluşur.
Vida ile çok büyük sıkıştırıcı ya da delici kuvvetler elde edilebilir. Çok büyük oranlarda kuvvetten kazanç sağlanabilir.

FÇ = vidayı çeviren kuvvet
R = vidayı döndüren kuvvetin dönme eksenine uzaklığı
a= vida adımı
FD = delici kuvvet

Vidayı çeviren kuvvet, R yarıçaplı bir dairenin çevresini dolanır. Bu durumda çevirici kuvvetin yaptığı iş, delici kuvvetin yaptığı işe eşit olur.


ÖRNEK:
Yanda görülen vidayı çeviren kuvvet kolu 30 N’luk bir kuvvetle çevrildiğinde,
vidanın oluşturacağı sıkıştırma kuvveti kaç N’dur?
(ğ = 3 alınız)






Kama
Cisimleri delmek, kesmek, parçalamak ya da kaldırmak için kullanılan iki yüzü eğimli basit bir makinedir. Kamalar, genelde demir ya da çelikten yapılır. Ucu sivri eğik düzlem şeklinde bir alettir. Iğne, bıcak, jilet, keski, makasın ağzı, keser, balta, kamaya benzer aletlerdir.
Kama kuvvetin yönünü değiştirir.
Kama, yoldan kaybettirir, kuvvetten kazandırır.



Tekerlek
Bir milin etrafında, serbestçe dönebilen disk şeklinde bir araçtır. Tekerlekler, üzerinde taşıdıkları cisimle zemin arasındaki sürtünmeyi azaltırlar.Tekerlek, karada giden taşıtlarda, el arabalarında, çocuk arabalarında ve hareketli birçok sistemde kullanılır.