Basit makineler nedir?

Hiç merak ettiniz mi bin yıllar önce insanlar tapınakları, piramitleri dev binaları nasıl inşa edebilmişler? Piramitleri ele alalım. Kocaman taşları nasıl taşımışlar nasıl kaldırmışlar? Makine gibi birşeyler kullanmış olmalılar. İşte bu yazıda ve devamındaki yazılarda basit makineleri inceleyeğiz ve sorular çözeceğiz. Bu makinelere basit dememizin nedeni karmaşık olmamaları, çalışma ilkelerini anlaması görece kolay.

Basit makinelerde iş ve enerji

Basit makineler işleri yaparken kolaylık sağlar ama işin yapılması gereken enerjiyi artıramaz, yani enerjiden kazanç sağlayamaz. Çünkü enerji korunur. İdeal (sürtünme kuvvetinin olmadığı) bir basit makinede uygulanan kuvvetin yaptığı iş yüke aktarılan enerjiye eşit olur. Ayrıca basit makineler kuvvetin yönünü ve büyüklüğünü değiştirerek iş yapma kolaylığı sağlayabilir.

Kuvvet kazancı (mekanik avantaj) nedir?

Fizikte yapılan işin W = Fx olarak tanımlandığını öğrenmiştiniz. Bir basit makine kuvvetten kazanç sağlarsa aynı oranda yoldan kayıp oluşmasına neden olur. Kuvvet kazancı, taşınan yükün sisteme uygulanan kuvvete oranıdır. Kuvvet kazancını ya da diğer adıyla mekanik avantajı bir örnekle açıklayalım. Elimizde ideal bir kaldıraç olsun. Bu kaldıracın yük kolunun uzunluğu x, kuvvet kolunun uzunluğu 2x olsun. Kuvvet kazancımız ne olur?

F₁ yükün kuvvetini F₂ bizim uyguladığımız kuvveti göstersin. Enerjinin korunumunu yazarsak:
W = F_1x_1 = F_2x_2; \space x_1 = x; \space x_2 = 2x

F_1x = 2F_2x \frac{F_1}{F_2} = \frac{2x}{x} = 2

Bu kaldıraç için kuvvet kazancımız 2. Yani bu kaldıracı kullanarak uyguladığımızın kuvvetin iki katı ağırlıkta bir yükü kaldırabiliriz. Enerji korunduğu için W = Fx tanımına göre bu kaldıraçta kuvvet yarıya düştüğü için yol da iki katına çıkıyor. Genel olarak bir basit makinede kuvvetten kazanç ne kadar büyükse yoldan kayıp o kadar fazladır. Bu işi yapmak için daha çok zaman gerekeceği anlamına da gelebilir. Bir basit makinede tüm kazançları (kuvvet, yol, zaman) aynı anda sağlamak mümkün değildir. Birşeyden kazanırken başka birşeyden kaybedersiniz. Örneğin 1000 kg kütleli bir araba motorunu zincir ve makaralardan oluşan bir basit makine sistemiyle elimizle kaldırabiliriz. (Görmediyseniz çok etkileyici birşey bu, sanayide çok kullanılıyor. Kriko da öyle tonlarca kütlesi olan arabayı elimizle kaldırabiliyoruz.) Ama araba motorunu yarım metre kaldırabilmek için zinciri metrelerce çekmek zorunda kalırız.

Yükün uygulanan kuvvete oranı:

• 1’den büyükse kuvvetten kazanç elde edilir.
• 1’e eşitse ne kuvvetten ne yolsan kazanç elde edilir.
• 1’den küçükse yoldan kazanç elde edilir.

Basit makinelerde verim

Fizikte verimin bir sistemden alınan enerjinin sisteme verilen enerjiye oranı olduğunu hatırlayalım. Eğer ideal bir basit makineden söz ediyorsak sürtünmeleri yok sayıyoruz demektir. İdeal bir basit makinede verim %100 olur, enerji korunduğu için, sistemden alınan enerjiyle sisteme verilen enerji birbirine eşit olur. Ama gerçek hayatta ideal basit makine diye birşey yoktur, çünkü sürtünme hep vardır. Dolayısıyla bir basit makineden alınan enerji her zaman makineye verilen enerjiden daha küçüktür. Enerji farkı azaldıkça verim artar, enerji farkı arttıkça verim azalır.
Verim = \frac{Alinan \space Enerji}{Verilen \space Enerji}

Basit makinelerde verimi artırmak için sürtünmeyi azaltmak gerekir. Makinenin parçalarını zımparalayabilir ya da yağlayabiliriz. Basit olmayan araba motorlarınında yağ kullanılmasının nedeni de verimi artırmak için sürtünmeyi azaltma çabasıdır.

Basit makine çeşitleri

Basit makinelerin türlerini aşağıdaki yazılara böldük. Kavramanız için okumanızı öneririm.

1. Kaldıraçlar
2. Makaralar ve Palangalar
3. Eğik düzlem
4. Çıkrık
5. Çarklar
6. Kasnaklar
7. Vida

Basit makineler ile ilgili kazanımlar

11.1.10.1. Günlük hayatta kullanılan basit makinelerin işlevlerini açıklar.

• Kaldıraç, sabit ve hareketli makara, palanga, eğik düzlem, vida, çıkrık, çark ve kasnak ile sınırlı kalınır.