4 Kazanacağınız bilgiler ile günlük yaşamda iş kolaylığı sağlayacak özgün basit makine düze- nekleri tasarlayacaksınız.
4 Yaratıcı ve yenilikçi düşünme becerisi kazanacaksınız. Neler Öğreneceksiniz?
1. BASİT MAKİNELER
Konu/Kavramlar: Sabit makara, hareketli makara, palanga, kaldıraç, eğik düzlem, çıkrık, basit makinelerin kullanım alanları.
1. BASİT MAKİNELER
İnsan vücudu belki de var olan en mükemmel ve becerikli makinedir. İskelet sistemimiz ayrıntılı bir biçimde tasarlanıp bir araya getirilmiş basit makineler bütünüdür. Birçok beceriye sahip olan insan vü- cudunun da sınırları vardır. Yorulmadan ne kadar süre çalışabilirsiniz? Bir işi daha kısa sürede ve daha kolay bir şekilde yapabilmeyi sağlayan araçlar nelerdir?
Basit makineler, bir kuvveti harekete, hareketi de tekrar kuvvete dönüştürebilen, bir işi daha az kuv- vet ile yapılabilmesini sağlayan ya da kuvvet uygulamayı kolaylaştırabilen araçlardır. Çok az parçadan oluşarak iş kolaylığı sağlayan bu tür araçlara basit
makineler adı verilir.
Çok eski çağlardan beri insanlar, işleri daha kolay yapabilmek için basit makine düzenekleri hazırlama- ya çalışmışlardır. Yandaki görselde MÖ 300 yıllarında Atina’da kullanıldığı düşünülen ayak değirmeni görül- mektedir. Buğdaydan un elde etmek için köy halkının bir araya gelip üstünde yürüyerek çalıştırdığı sistem- de, köylüler daha kısa sürede daha çok un elde etme- ye çalışmışlardır.
Basit makineler; kuvvetten veya yoldan kazanç
sağlamak, uygulanan kuvvetin yönünü değiştirmek, bir işin yapılma hızını değiştirmek ya da bir enerji türünü başka bir enerji türüne dönüştürmek amacıyla binlerce yıldan beri kullanılmakta olan araçlardır. Basit makineler iş yapma kolaylığı sağlayan makinelerdir. Ancak bu durum, basit makinelerin işten ka- zanç sağlayacağı anlamına gelmez. Basit makinelerde hiçbir zaman işten ve enerjiden kazanç sağlan- maz. Örneğin bir yerde çakılı olan çiviyi elle, penseyle veya keserle çıkarsanız da aslında yaptığınız iş çiviyi çıkarmaktır. Yani çiviyi ne ile çıkarırsanız çıkarın aynı işi yapmış olacaksınız.
Sabit makara
Gazoz kapağı açacağı
Levye
El arabası Pense
Cımbız
o Basit makinelerde işten ya da enerjiden kazanç yoktur.
Yukarıdaki görsellerde çeşitli basit makine örnekleri verilmiştir. Siz de günlük hayatta kullandığımız basit makinelere örnekler bulunuz. Bulduğunuz örnekleri sınıfta arkadaşlarınızla paylaşınız.
Yaşamımızda işlerimizi kolaylaştıran pek çok basit makine vardır. Çivi çakmamıza yarayan çekiç, tır- naklarımızı kesmek için kullandığımız tırnak makası, ekmek dilimlediğimiz bıçak da birer basit makinedir.
Makaralar, kaldıraçlar, eğik düzlemler, çıkrıklar, dişli çarklar, vidalar ve kasnaklar birer basit makine çeşitleridir. Şimdi bu basit makine çeşitlerini inceleyiniz.
a. Makaralar
Aşağıdaki görselleri inceleyiniz. 1. görselde ip ile tahta arasında sürtünmeyi azaltacak herhangi bir önlem alınmamıştır. Buna göre bu görsellerden hangisinde yük daha kolay ve rahat yukarıya çıkarılabi- lir? Bunun nedeni ne olabilir? Arkadaşlarınızla tartışınız.
Makaralar, günlük yaşantımızda iş yaparken bize birtakım kolaylıklar sağlayan basit makine çeşitle- rindendir. Makaralar, sabit bir eksen etrafında serbestçe dönebilen, ipin geçebilmesi için çevresinde olu- ğu olan araçlardır. Makara ile ip arasında sürtünme önemsiz iken ipin bütün noktalarındaki gerilme kuv- veti aynıdır. Yükü dengeleyen kuvvetin büyüklüğü, makaralarda kuvvet kazancının olup olmadığını verir.
Makaralar yaygın olarak inşaatlarda harç, tuğla ve diğer yapı malzemelerini taşımak için kullanılmak- tadır. Yelkenli gemilerde, vinç sistemlerinde, asansör sistemlerinde çeşitli makaralardan yararlanılmak- tadır. Makaralar, işlevleri ve özellikleri açısından değişik tiplerden oluşur. Makaralar, sabit ve hareketli olmak üzere ikiye ayrılır. Palanga sistemleri ise sabit ve hareketli makaraların bir arada kullanılması sonucu oluşmaktadır. Makaraları sabit makaralar, hareketli makaralar ve palangalar olmak üzere üç kısımda inceleyebiliriz.
Yangın merdiveni Kapı kolu Dişli çark
1 2
Kullanım alanları
I. Sabit Makaralar
Sabit bir yere asılan, çevresine dolanan ip çekildiğinde yalnızca dönme hareketi yapabilen, cisimlerin çeşitli yönlere hareket etmesinde kolaylık sağlayan makaralara sabit makaralar denir.
Yukarıdaki görselde yükü yukarıya çıkarmak isteyen bir kişi görülmektedir. Yükü görseldeki gibi den- gede tuttuğuna göre, bu yükü merdivenden yukarıya çıkarmak yerine şekildeki düzeneği kurması kişiye nasıl bir avantaj sağlar? Sınıfınızdaki arkadaşlarınız ile birlikte açıklamaya çalışınız.
Sabit makaralar, uygulanan kuvvetin yönünü değiştirebildiğinden iş yapma kolaylığı sağlar. Sistem dengedeyken uygulanan kuvvetin büyüklüğü, yükün ağırlığına eşittir. Bu yüzden sabit makaralarda kuv- vetten ya da yoldan kazanç veya kayıp yaşanmaz. Ayrıca sistem dengede iken sabit makara sayısının artması, uygulanan kuvvet ile yükün ağırlığı arasındaki eşitliği bozmaz.
İnşaatlarda, inşaat malzemelerinin taşınmasında, gemilerin yelken açma ve çapa çıkarma sistemle- rinde, bayrak direklerinde, yangın söndürme hortumlarının sarıldığı yerlerde ve bazı perde sistemlerinde sabit makaralardan yararlanılabilmektedir.
F
G
Yük
Kuvvet
Araştırınız
Sabit makaralarda sistem dengedeyken daha büyük ya da daha küçük ağırlıkta makara kullan- manın yükün kuvvete olan eşitliğini etkileyip etkilemediğini araştırınız. Araştırma sonuçlarını arka- daşlarınız ile paylaşınız.
Kullanım alanları
II. Hareketli Makaralar
Çevresine dolanan ip çekildiğinde dönerek alçalma veya yükselme hareketi yapan makaralara ha- reketli makaralar denir. Hareketli makaralarda ipin bir ucu sabit bir yere asılıdır. Diğer ucu ise kuvvetin uygulandığı uç olup yük, makaraya bağlıdır. Bu yüzden makara yük ile birlikte aşağı veya yukarıya doğru hareket eder.
Yukarıdaki görselde, yükü yukarıya sabit makara sistemi yerine hareketli makara sistemi ile çıkar- maya çalışan bir kişi görülmektedir. Bu kişi, yükü şekildeki gibi dengede tuttuğuna göre bu yükü sabit makara yerine hareketli makara ile yukarıya çıkarmak kişiye nasıl bir avantaj sağlar? Sınıfınızdaki arka-
Sıra Sizde
Ömer, sürtünmelerin önemsenmediği yukarıdaki sabit makara düzeneklerinde 100 N ağırlığında- ki özdeş su kovalarını F1, F2 ve F3 kuvvetleri ile ayrı ayrı dengede tutuyor. Buna göre;
a) Uyguladığı F1, F2 ve F3 kuvvetlerinin büyüklükleri arasında nasıl bir ilişki vardır?
... b) Hangi sistem, Ömer’in uyguladığı kuvvetin yönünü değiştirmemiştir?
... F1 F2 F3
G
F I II III YükF
1= F
2= F
3II numaralı sistem
Hareketli makaralar, uygulanan kuvvetin yönünü değiştirmez. Sistem dengede iken makara ağırlık- ları ihmal edilirse uygulanan kuvvetin büyüklüğü yükün ağırlığından daha küçüktür. Bu yüzden hareketli makara sistemlerinde ya da hareketli makara içeren düzeneklerde kuvvet kazancı sağlanabilmektedir. Kuvvetten kazanç sağlanabilirken yoldan ise kayıp yaşanmaktadır. Ayrıca hareketli makara sayısının artması kuvvet kazancını artırabilmektedir.
Hareketli makara sistemleri genellikle ağır yüklerin daha az kuvvet ile taşınmasını sağlayan çeşitli vinç sistemlerinde kullanılmaktadır.
Sıra Sizde
Sürtünmelerin ve makara ağırlıklarının önemsenmediği yukarıdaki hareketli makara düzenekle- rinde, 100 N ağırlığındaki su kovasını F1, F2 ve F3 kuvvetleri ile ayrı ayrı dengede tutan Halis için,
a) Uyguladığı, F1, F2 ve F3 kuvvetleri arasında nasıl bir ilişki vardır?
... b) Hangi sistemin kuvvet kazancı daha fazladır?
... F1 F2 F 3 I II III Kullanım alanları