BASİT MAKİNALAR Olimpiyata Hazırlık Serisi — 9. ve Son

 

Mekanik — IX. Bölüm: Basit Makinalar

Olimpiyata Hazırlık Serisi · Kuvvet & Hareket

* * *

Makine Neden Kullanılır?

Basit makinalar mucize yaratmaz — enerji yoktan var edilmez. Yapılan iş değişmez: az kuvvetle çok yol, ya da çok kuvvetle az yol. Bu değiş tokuşa mekanik avantaj denir.

Mekanik Avantaj (MA):   MA = Yük / Uygulanan Kuvvet = F_yük / F_uygulanan

Verim (η):   η = W_çıkış / W_giriş × 100%

İdeal makinada: W_giriş = W_çıkış  →  F·d_uygulanan = W·d_yük

* * *

1. Kaldıraç

Bir destek noktası (fulkrum) etrafında dönen rijit bir çubuktur. Tork dengesine dayanır.

1. Sınıf: Destek ortada
F ←——●——→ W
        ▲ (fulkrum)(dayanak = dayanak noktası)

2. Sınıf: Yük ortada
F ←———W———● (fulkrum)(dayanak = dayanak noktası)

3. Sınıf: Kuvvet ortada
●(fulkrum)(dayanak = dayanak noktası)———F———→ W

Kaldıraç dengesi: F · d_F = W · d_W

MA = d_F / d_W

Günlük hayattan: Makas (1. sınıf), fındıkkıracağı(2. sınıf), cımbız (3. sınıf).

* * *

2. Makara

Sabit makara: Yalnızca kuvvetin yönünü değiştirir. MA = 1

Hareketli makara: Yükü iki ip taşır. MA = 2 (yarı kuvvetle kaldırırsın)

Palanga (n hareketli makara): MA = 2n

Hareketli makara:

  ┌——┐
  │  │ ← sabit makara
  └——┘
   │  │
  ┌——┐
  │  │ ← hareketli makara
  └——┘
    │
    W

F = W/2   (iki ip yükü taşır)

* * *

3. Eğik Düzlem

Yükseklik h, rampa uzunluğu L olan eğik düzlemde:

İdeal MA = L / h = 1 / sinθ

Uygulanan kuvvet: F = W · h / L = W · sinθ

Rampa ne kadar uzun ve eğim ne kadar azsa, o kadar az kuvvet gerekir — ama o kadar uzun yol gidilir. Enerji kazanılmaz, sadece kuvvet azaltılır.

* * *

4. Vida ve Çark-Mil

Vida: Sarmal eğik düzlemdir. Adım (p) ne kadar küçükse MA o kadar büyüktür.
MA = 2πr / p

Çark-mil: Büyük çarkı döndürmek küçük mili döndürür.
MA = R_çark / r_mil

* * *

Çözümlü Problemler

Problem 1 — Kaldıraç

Bir kaldıraçta fulkrum (dayanak = dayanak noktası)sol ucundan 2 m uzakta. Sol uca 150 N kuvvet uygulanıyor. Sağ uçtaki 450 N'luk yükü kaldırmak için kaldıraç ne kadar uzun olmalı?

Çözüm:

F · d_F = W · d_W
150 · 2 = 450 · d_W
d_W = 300/450 = 0,67 m

Toplam uzunluk = 2 + 0,67 ≈ 2,67 m

Problem 2 — Makara Sistemi

2 hareketli makaradan oluşan bir palanga ile 800 N'luk yük kaldırılıyor. Gerekli kuvvet ve ip ucu hareketi nedir? (Yük 1 m kalkıyor, verim %100)

Çözüm:

MA = 2n = 2·2 = 4
F = W / MA = 800 / 4 = 200 N

İp ucu hareketi = yük hareketi × MA = 1 × 4 = 4 m

Problem 3 — Eğik Düzlem Verimi

Yüksekliği 3 m, uzunluğu 6 m olan rampada 500 N'luk yük çıkarılıyor. Bunun için 300 N kuvvet uygulanıyor. Rampanın verimi nedir?

Çözüm:

W_çıkış = 500 · 3 = 1500 J
W_giriş = 300 · 6 = 1800 J

η = 1500/1800 × 100% = %83,3

Fark olan %16,7 sürtünme nedeniyle ısıya dönüşmüştür.

Problem 4 — Bileşik Makina

Mekanik avantajı 3 olan bir kaldıraç, MA = 2 olan bir makara sistemiyle birleştirilmiş. Toplam mekanik avantaj nedir?

Çözüm:

MA_toplam = MA₁ × MA₂ = 3 × 2 = 6

Not: Bileşik makinelerde mekanik avantajlar çarpılır.

* * *

Olimpiyat Taktikleri

— İdeal makinada F·d_giriş = W·d_çıkış — enerji korunumu temel denklemdir.
— Makarada kaç ip yükü tutuyorsa MA odur — ipleri say.
— Verim sorularında W_çıkış = faydalı iş, W_giriş = toplam yapılan iş.
— Bileşik makinelerde MA'lar çarpılır, verimler çarpılır.
— Kaldıraç sınıfını bulmak için: fulkrum(dayanak = dayanak noktası), yük ve kuvvetin sırasına bak.

* * *

🏆 Seri Tamamlandı!

Kinematik'ten Basit Makinalar'a kadar mekanik serisinin 9 yazısını bitirdin.
Şimdi elinde hem bilgi hem de strateji var — sınava hazırsın.

* * *

💡 Serinin tüm yazıları: Kinematik · Newton & Dinamik · Tek Boyutta Hareket · Atışlar · İş-Güç-Enerji · Momentum · Dairesel Hareket · Tork & Denge · Basit Makinalar

Bu yazı Olimpiyata Hazırlık — Mekanik serisinin son yazısıdır. | mecidiyekoyfizik.blogspot.com