Basit Makineler

Bu ünitede öğrencilerin; günlük yaşamda sıkça karşılaştıkları basit makine çeşitleri hakkında bilgi ve beceriler kazanmaları; kazandıkları bilgi ve becerileri ortaya koyarak günlük yaşamda iş kolaylığı sağlayacak özgün basit makine düzenekleri tasarlamaları; böylece yaratıcı ve yenilikçi düşünme becerisi kazanmaları amaçlanmaktadır.

F.8.5.1. Basit Makineler
Önerilen Süre: 10 ders saati
Konu / Kavramlar: Sabit makara, hareketli makara, palanga, kaldıraç, eğik düzlem, çıkrık, basit makinelerin kullanım alanları

Kazanımlar
F.8.5.1.1. Basit makinelerin sağladığı avantajları örnekler üzerinden açıklar.
F.8.5.1.2. Basit makinelerden yararlanarak günlük yaşamda iş kolaylığı sağlayacak bir düzenek tasarlar.

Basit Makineler

Basit Makine Nedir
Çok az parçadan oluşan ve yalnızca tek bir kuvvet çeşidini kullanan makineler, “Basit makine” olarak adlandırılır.

Basit Makinelerin Özellikleri
• Basit makinelerde, uygulanan kuvvetin büyüklüğü (şiddetini) ve yönü değiştirilerek iş yapma kolaylığı sağlanır.
• Basit makinelerde yoldan, hızdan, kuvvetten, zamandan kazanç olabilir ama iş veya enerjiden kazanç sağlanamaz.
• Kuvvetten kazanç varsa, yoldan aynı oranda kayıp vardır.
• Yoldan kazanç varsa, kuvvetten aynı oranda kayıp vardır.
• Yapılan işi farklı enerjilere çevirebilir. (Enerji dönüşümü olabilir.)
• Basit makineye uyguladığımız kuvvete giriş kuvveti, basit 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= Yük/Kuvvet ‘dir.
• 100 Newton ağırlığındaki cismi 50 Newton kuvvet uygulayarak kaldırdığımızda kuvvet kazancı elde ederiz.
• Kuvvet Kazancının değerine göre 3 farklı durum vardır.
a) Kuvvet Kazancı > 1 ise ; Kuvvetten kazanç, yoldan kayıp vardır.
b) Kuvvet Kazancı < 1 ise ; Kuvvetten kayıp, yoldan kazanç vardır. c) Kuvvet Kazancı = 1 ise ; Ne kuvvetten ne yoldan kazanç ve kayıp yoktur. [highlight color="red"]Dikkat: [/highlight] Kuvvetten kazanç ile kuvvet kazancı aynı şey değildir. Kuvvet kazancı bir kavram olup, değerine göre yorum yapılır. [highlight color="red"]Dikkat!!: [/highlight] Basit makineler de kuvvet ve yoldan kazanç veya kayıp olabilir. Ancak işten ve enerjiden kazanç olmaz.

Makaralar

• Çevresinden bir ip geçirilen, bir eksen etrafında dönebilen ve cisimleri yükseğe kaldırmak için kullanılan basit makinelere makara denir.
• Makaralar Sabit ve Hareketli Makaralara olmak üzere ikiye ayrılır.

1. Sabit Makaralar

• Sabit bir yere asılarak kullanılan makara çeşidine sabit makara denir.
• Uygulan kuvvet, yükün ağırlığına eşittir. (Yük = Kuvvet)
• Sabit makaralar kuvvetin yönünü değiştirir.(Kuvvet aşağı yük yukarı hareket etmektedir.)
• Kuvvetten ve yoldan kazanç sağlanamaz. (Kuvvet kazancı = 1)
• Sabit makaralar, sadece kuvvetin yönünü ve doğrultusunu değiştirdikleri 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
1. Bayrak direğinde
2. İnşaatta
3. Gemilerde
4. Kuyuda
5. Dağcılar
6. Stor perde de sabit makara kullanılmaktadır.

2. Hareketli Makaralar

• Hareketli makaralar da 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 = 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. Ayrıca bir makara çeşidi değildir.

• 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 = Toplam yük / Yükü çeken ip sayısı
F = P / Yükü çeken ip sayısı

Palangalarda 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.

Soru: Aşağıdaki palangada 120 N yükü kaç N’lik kuvvetle çekebiliriz, kuvvet kazancı nedir?

Cevap: Palanga sorularını yaparken yükü taşıyan makaralara bakılır. Resimde göreceğiniz gibi alttaki iki hareketli makara birbirlerine ve yüke bağlılar. Bu sebeple bu makaralara değen ipin kolları sayılır. Her iki makaraya da yandan iki ip kolu temas ettiği için 120N lık yükü 4 ip kolu dengeler.
Ayrıca palangalarda hep aynı ip dolaştığı için aynı ip üzerinde aynı kuvvet bulunur yani F kuvveti bulunur. Buradan 120N = 4F dengesi çıkar. F=30 çıkar.

Kuvvet kazancı ise kuvvet kazancı= yük/kuvvet formülünden bulunabilir. 120/30 dan 4 olduğu görülür. Yine palangalar için geçerli olan bir kural vardır. Yükü taşıyan makalara temas eden ipin kolları da kuvvet kazancını verir. 2 makaraya 4 ip kolu temas ettiği için direk kuvvet kazancı 4 dür diyebiliriz.

Palanga Kullanım Alanları
1. Vinç
2. 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 Kuvvet Kazancı
Kuvvet Kazancı = Yük / Kuvvet formülü ile bütün basit makinelerde bulunabilir. Kaldıraçlar da ise ayrıca kuvvet kazancının bulmanın formülü vardır. Bu formülün bilinmesi önemlidir.

• Yine işimize yarayacak başka bir formül de aşağıdadır.

Kuvvet x Kuvvet kolu = Yük x Yük kolu

• Kaldıraçlar destek noktasının yerine göre tek taraflı kaldıraçlar ve çift taraflı kaldıraçlar olmak üzere ikiye ayrılır.

• Çift taraflı kaldıraçlar da ise destek aradadır.
• Tek taraflı kaldıraçlar da iki çeşittir. (Kuvvet arada, yük arada)
• Üç çeşit kaldıraç vardır:

1. Desteğin Arada Olduğu Kaldıraçlar

Bu tip kaldıraçta destek noktası;
• Tam ortada ise kuvvet kazancı 1 olur. Bu durumda ne kuvvetten ne yoldan kazanç ve kayıp yoktur. (Yük ile kuvvet birbirine eşit)
• Yüke yakın ise kuvvet kazancı 1 den büyük olur. Bu durumda kuvvetten kazanç yoldan kayıp vardır. (Kuvvet kolu uzun, yük kolu kısa )
• Kuvvete yakın ise kuvvet kazancı 1 den küçük olur. Bu durumda kuvvetten kayıp yoldan kazanç vardır. (Kuvvet kolu kısa yük kolu uzun )
• Destek ortada olan kaldıraçlar kuvvetin yönünü değiştirir.

Destek Arada Olan Kaldıraçlara Örnekler

1. Kerpeten
2. Keser
3. Karga burun
4. Pense
5. Makas
6. Tırnak makası
7. Bağ makası
8. Levye
9. Sandal küreği
10. Tahterevalli
11. Manivela
12. Eşit kollu terazi
13. Demir kesme makası

2. Yükün Arada Olduğu Kaldıraçlar

• Yük, kuvvet ile destek arasındadır.
• Bu tip kaldıraçlarda her zaman kuvvetten kazanç, yoldan kayıp vardır.
• Kuvvet kazancı 1’den büyüktür.
• Kuvvetin yönü değişmez.

Yükün Arada Olduğu Kaldıraçlara Örnekler
1. El arabası
2. Gazoz açacağı
3. Ceviz kıracağı
4. Menteşeli kapı
5. Pencere
6. Buzdolabı kapağı
7. Kâğıt delgeç
8. Kağıt kesme makinesi (Giyotin) yükün ortada olduğu kaldıraçlardır.

Not: Bazı kağıt delgeçlerinde destek ortada olabilir. Yukarda örneği bulunmaktadır.
Not: Gazoz açacağını kullanım şekline göre kaldıraç tipi değişir. Bazıları aşağı doğru, bazıları ise yukarı doğru açmaya çalışır. Alttaki resimde daha detaylı görebilirsiniz.

3. Kuvvetin Arada Olduğu Kaldıraçlar

• Kuvvet, yük ile destek arasındadır.
• Bu tip kaldıraçlarda her zaman kuvvetten kayıp, yoldan kazanç vardır.
• Kuvvetin yönü değişmez.
• Kuvvet kazancı 1’den küçüktür.

Kuvvetin Arada Olduğu Kaldıraçlara Örnekler
1. Kürek
2. Cımbız
3. Maşa
4. Tenis raketi
5. Tel zımba
6. Olta
8. Çekiç
9. Alt çene kemiği kuvvetin ortada olduğu kaldıraçlardır.

Not: Vurarak kullanılan araçlarda destek noktası kolumuz ya da omuzumuzdur.

Eğik Düzlem (Rampa)

Ağır bir yükü yukarıya çıkarmak için eğik düzlem kullanılır.

• Eğik düzlemde her zaman kuvvetten kazanç yoldan kayıp vardır.(Sürtünme ihmal edilecek)
• Kuvvetin yaptığı iş ile yükün yaptığı iş eşittir.
• Yükü eğik düzlemle ya da aşağıdan yukarı çıkarmanın iş bakımından farkı yoktur.
• Eğik düzlemde kuvvetin yönünü değişmektedir.
• Eğik düzlemin boyu uzadıkça (eğim azaldıkça) kuvvetten kazanç, yoldan kayıp artar.

Eğik Düzlem Kullanım Alanları
• Kaydırak
• Merdiven
• Kaykay pisti
• Vida
• Engelli rampası

Çıkrık

Dönme eksenleri aynı, yarıçapları farklı, bir eksen etrafında dönebilen içi 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 Kullanım Alanları
1. Kuyu çıkrığı
2. Kıyma makinesi
3. Anahtar
4. İngiliz anahtarı
5. Kapı kolu
6. Kapı tokmağı
7. El matkabı
8. Direksiyon
9. Musluk
10. Tornavida
11. Olta mekanizması
12. Bijon anahtarı
13. Bisiklet pedalı
14. Kalemtıraş makinesi
15. Kahve değirmeni
16. El mikseri çıkrığa örnek olarak verilebilir.

Diğer Basit Makineler

1. Dişli Çarklar (Dişliler)

Bisiklette, fabrikalarda, motorlu araçlarda, saatte bol miktarda bulunur.

Dişlilerde;
1. Dişlinin çapı büyüdükçe diş sayısı da artar. (Doğru orantılı)
2. Dişlinin diş sayısı arttıkça dönme sayısı azalır. (Ters orantılı)

Dişli Çarklarda Formül
n: Tur sayısı r: Yarıçap
n1 x r1 = n2 x r2

Birbirine temas halinde olan iki dişlide büyük dişlide fazla diş bulunur. Küçük dişlide az diş bulunur.
Büyük dişli az, küçük dişli çok döner.

Ortak eksenli dişli çarklarda dişlilerin dönme yönü ve dönme sayıları eşittir.

2. Kasnak

Sabit bir eksen etrafında dönebilen silindirlerin, birbirine kayış yardımı ile bağlanması ile kasnaklar oluşur. Silindirlerin dönme yönleri kayışın bağlanma şekli ile değişir.

3. 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.

4. Tekerlek

Tarihteki en önemli buluştur. Tekerlekte bir basit makinedir.

Bileşik Makineler

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 makineler denir.

El arabası
Kaldıraç, eğik düzlem ve tekerlekten oluşan bileşik makinedir.

Bisiklet
Tekerlek, dişliden, kaldıraç, çıkrık oluşan bileşik makinedir.
(Fren mekanizması kaldıraç, pedal ise çıkrıktır.)

Olta
Dişli çark, çıkrık, sabit makara ve kaldıraçtan oluşan bileşik makinedir.

Tırnak makası
Kaldıraç ve eğik düzlemden(Tırnak kesen kısım) oluşan bileşik makinedir.

El mikseri
Çıkrık ve dişli çarktan oluşan bileşik makinedir.

Makas
Kaldıraç ve eğik düzlem (Kama) oluşan bileşik makinedir.