Basit Makineler — 6 Tür, Mekanik Avantaj ve Örnekler

Basit makineler, bir kuvvetin büyüklüğünü ya da yönünü değiştiren temel düzeneklerdir. Altı klasik tür kaldıraç, tekerlek ve mil, makara, eğik düzlem, kama ve vidadır. Enerji üretmezler. İdeal durumda, kuvveti mesafeyle değiş tokuş ederler.

Aklınızda tek bir fikir kalacaksa şu olsun: daha az giriş kuvveti genellikle daha fazla giriş mesafesi demektir. Gerçek makinelerde ayrıca enerjinin bir kısmı sürtünme nedeniyle kaybolur, bu yüzden ideal modele göre daha düşük performans gösterirler.

6 basit makine nelerdir?

Kaldıraç

Kaldıraç, dayanak noktası denilen bir pivot etrafında dönen rijit bir çubuktur. Levye, tahterevalli ve şişe açacağı yaygın örneklerdir.

Tekerlek ve mil

Tekerlek ve mil, birlikte dönen büyük yarıçaplı bir parçanın daha küçük yarıçaplı bir parçaya bağlı olduğu düzendir. Kapı kolu tanıdık bir örnektir: büyük kolu çevirmek, daha küçük mili döndürmeye yardımcı olur.

Makara

Makara, oluklu bir tekerlek ile ip ya da kablo kullanır. Sabit makara esas olarak kuvvetin yönünü değiştirir. Hareketli makara ya da makara sistemi ise gerekli giriş kuvvetini de azaltabilir.

Eğik düzlem

Eğik düzlem bir rampadır. Bir cismi doğrudan yukarı kaldırmak yerine eğim boyunca hareket ettirirsiniz; daha uzun bir yol almayı kabul ederseniz bu, gereken kuvveti azaltabilir.

Kama

Kama, hareket eden bir eğik düzlem gibidir. Balta, bıçak ve keski, giriş kuvvetini malzemeyi ayıran kuvvetlere dönüştürmek için kama şeklini kullanır.

Vida

Vida, bir silindirin etrafına sarılmış eğik düzlemdir. Döndürme hareketini ileri harekete dönüştürür; bu yüzden vidalar malzemeleri sıkıca birleştirebilir ya da kriko gibi düzeneklerde yük kaldırabilir.

Basit makinelerde mekanik avantaj

Mekanik avantaj, çıkış kuvvetini giriş kuvvetiyle karşılaştırır:

$$\text{MA} = \frac{\text{output force}}{\text{input force}}$$

Eğer $\text{MA} > 1$ ise, makine daha küçük bir giriş kuvvetiyle daha büyük bir yükü hareket ettirmenizi sağlar. Bu, makinenin fazladan iş ürettiği anlamına gelmez. İdeal bir makinede kuvvetteki kazanç, mesafedeki kayıpla dengelenir.

Bu değiş tokuşu şöyle ifade edebilirsiniz:

• daha az kuvvet genellikle daha fazla mesafe demektir
• daha fazla kuvvet genellikle daha az mesafe demektir

Bu değiş tokuş, basit makinelerin arkasındaki temel fikirdir.

Çözümlü örnek: bir kaldıraç

Bir kaldıraçın $200\ \mathrm{N}$'luk bir yükü kaldırdığını düşünün. Kuvvet kolu $1.2\ \mathrm{m}$, yük kolu ise $0.30\ \mathrm{m}$ uzunluğunda olsun.

Kaldıracı ideal kabul eder ve kaldıraç çubuğunun kendi ağırlığını ihmal edersek, tork dengesi şunu verir:

$$F_{\text{in}} d_{\text{in}} = F_{\text{out}} d_{\text{out}}$$

Dolayısıyla

$$F_{\text{in}} (1.2) = 200(0.30)$$ $$F_{\text{in}} = \frac{200 \cdot 0.30}{1.2} = 50\ \mathrm{N}$$

Bu durumda, bu ideal düzende $50\ \mathrm{N}$'luk bir giriş kuvveti $200\ \mathrm{N}$'luk bir yükü dengeleyebilir. Kaldıraca avantajını veren şey, daha uzun olan kuvvet koludur.

Buradaki mekanik avantaj

$$\text{MA} = \frac{200}{50} = 4$$

Ancak buna bağlı bir koşul vardır: kaldıraçın sizin bastığınız ucu, yükün bulunduğu uçtan daha fazla yol almalıdır. Makine, kuvveti azaltırken bunu mesafe karşılığında yapar.

Basit makinelerle ilgili yaygın hatalar

Her durumda basit bir makinenin toplam işi azalttığını düşünmek

İdeal modelde basit makine, kuvvet ile mesafeyi yeniden dağıtır. Gerçek bir makinede ise sürtünme genellikle yararlı çıkış işinden daha fazla giriş işi yapmanız gerektiği anlamına gelir.

İdeal olduğunu belirtmeden ideal mekanik avantajı kullanmak

Yalnızca geometriye dayanan bağıntılar ancak belirtilen koşullar altında temiz sonuç verir. Gerçek makaralar, vidalar ve rampalar sürtünme nedeniyle enerji kaybeder; bu yüzden gerçek performans ideal tahminden daha düşüktür.

Her basit makinenin her zaman kuvveti büyüttüğünü varsaymak

Bir makine bazen esas olarak yönü ya da hızı değiştirmek için de kullanılabilir. Örneğin sabit makara, çoğu zaman kuvveti artırdığı için değil, doğrudan yukarı kaldırmak yerine aşağı doğru çekmenizi sağladığı için değerlidir.

Basit makineler nerelerde kullanılır?

Basit makineler el aletlerinde, inşaat ekipmanlarında, kaldırma sistemlerinde, bağlantı elemanlarında ve günlük hayattaki birçok nesnede karşımıza çıkar. Önemlidirler çünkü daha karmaşık makineler çoğu zaman bu aynı temel fikirlerden inşa edilir.

Bir kaldıraçta, makarada ya da rampada kuvvet-mesafe değiş tokuşunu fark edebiliyorsanız, konunun özünü zaten anlamışsınız demektir.

Benzer bir problem deneyin

Uzunluğu $4\ \mathrm{m}$ olan ve bir kutuyu $1\ \mathrm{m}$ yükselten bir rampa düşünün. Sürtünmeyi ihmal ederek, rampanın kuvvet ile mesafeyi kutuyu doğrudan yukarı kaldırmaya göre nasıl değiştirdiğini sorun. Bu versiyonu çözmek, aynı fikri yeni bir durumda görmenize yardımcı olur.