Basit makinelerin özellikleri:
- İşlerimizde kolaylık sağlayan, uygulanan kuvvetin yönünü, doğrultusunu ve şiddetini değiştirerek günlük yaşantımızda iş yapmamızı kolaylaştıran araçlara basit makine denir.
- Basit makinelerde uygulanan kuvvete giriş kuvveti veya uygulanan kuvvet, giriş kuvvetinden dolayı basit makinelerden elde edilen ya da basit makinenin temas halinde olduğu cisme uyguladığı kuvvete çıkış kuvveti veya doğan kuvvet denir.
- Basit makinelerin en büyük avantajı iş yapma kolaylığı sağlamasıdır.
- Bir basit makine sadece yoldan veya sadece kuvvetten kazanç sağlar. Basit makinelerde yoldan kazanç varsa kuvvetten kayıp vardır, kuvvetten kazanç var ise yoldan kayıp vardır. Her ikisinden de aynı anda kazanç ya da aynı anda kayıp diye bir şey yoktur.
- Hiçbir basit makine işten kazanç kesinlikle sağlamaz.
- Basit makinelerde enerji kazancı, enerjiden kar etme diye bir şey yoktur. Hatta bazı durumlarda sürtünmeden dolayı enerji kaybı yaşanabilir.
- %100 verimle çalışan basit makinelere ideal makine denir. Bu makineler sürtünmesizdir.
- Basit makinelerde hesaplama işlemi yapılırken aşağıdaki bağlantı kullanılır.
Makaralar:
Makaralar sabit makara, hareketli makara ve palangalar olmak üzere üçe ayrılır.
Sabit makaralar:
- Sabit bir noktaya asılan ve dönerek cisimlerin hareket etmelerine kolaylık sağlayan makaralardır.
- Yükün ağırlığı kuvvetin büyüklüğüne eşittir.
- Yüke ne kadar yol aldırmak istiyorsak kuvveti o kadar çekmeliyiz. Örneğin; yükü 1 metre kaldırmak için kuvveti 1 metre çekmeliyiz.
- Uygulanan kuvvetin yönünü değiştirir.
- Kuvvetten ve yoldan kazanç ya da kayıp yoktur. Sabit makaralar sadece iş yapma kolaylığı sağlar.
- İşten kazanç veya kayıp söz konusu değildir.
- Sabit makaralar günlük yaşamda pek çok yerde kullanılır. Bayrak direklerinin ucunda, yelkenli gemilerde, bazı kuyularda, inşaatlarda malzeme taşımada, tiyatro perdelerinde, ev ve iş yerlerinde kullanılan stor perdelerde, asansörlerde makaralardan yararlanılmaktadır.
Hareketli makaralar:
- Kendi çevresinde dönerken yükle birlikte hareket eden makaralara denir.
- Uygulanan kuvvetin büyüklüğü yükün ağırlığının yarısına eşittir. Yükün ağırlığı makaranın her iki tarafındaki ipler tarafından paylaşılır. (Kuvvet = Yük / 2)
- Yüke ne kadar yol aldırmak istiyorsak ipi ona göre 2 kat fazla çekmeliyiz. Örneğin; yükü 1 metre kaldırmak için kuvveti 2 metre çekmeliyiz.
- Kuvvetten kazanç, yoldan kayıp vardır.
- İşten kazanç veya kayıp söz konusu değildir.
- Hareketli makaralar, hurdalıklarda, inşaatlarda ve fabrikalarda ağır yüklerin taşınmasında kullanılan vinçlerin yapısında bulunur.
Palangalar:
- Hareketli ve sabit makaralar kullanılarak oluşturulan sistemlere denir.
- Yükün ağırlığı, yükü taşıyan ipler arasında paylaşılır.
- Kuvvetten kazanç, yoldan ise kayıp vardır.
- İşten kazanç veya kayıp söz konusu değildir.
- Yüke aldırılacak yol ip sayısı oranında artar. Çünkü kuvvetten kazanç yoldan kayıp vardır.
- Palangalarda ip sabit makaradan çıkıyorsa veya ipin yönü aşağı doğru ise kuvvet ve yük arasındaki ilişki şekildeki gibidir.
- Palangalarda ip hareketli makaradan çıkıyorsa veya ipin yönü yukarı doğru ise kuvvet ve yük arasındaki ilişki şekildeki gibidir.
- Kuvvet ve yük arasındaki ilişki hesaplanırken makara sayılarını kullanmak daha basit olacaktır.
- Palangalar genellikle yük gemilerinde, kömür ocaklarında, inşaatlarda ve teknelerde yük indirme ve bindirme sistemlerinde kullanılır.
Kaldıraçlar:
- Bir çubuk ve çubuğun etrafında serbestçe dönebileceği bir destek noktasından oluşan basit makinelerdir.
- Kaldıraçta çubuğun etrafında dönebildiği nokta destek noktası, yükün destek noktasına olan uzaklığı yük kolu, kuvvetin destek noktasına olan uzaklığı ise kuvvet kolu olarak adlandırılır.
- Kuvvet kolu yük kolundan büyük ise; kuvvetten kazanç yoldan kayıp vardır.
- Kuvvet kolu yük kolundan küçük ise; kuvvetten kayıp yoldan kazanç vardır.
- Kuvvet kolu yük koluna eşit ise; kuvvetten ve yoldan kazanç ya da kayıp yoktur.
Örnek: Bir işçi kayayı üç değişik biçimde kaldırmayı deniyor. Şimdi bu üç farklı durumu inceleyelim.
1.durumda kuvvet kolu yük kolundan küçük olduğu için, kuvvetten kayıp yoldan kazanç vardır.
2.durumda kuvvet kolu yük kolundan büyük olduğu için, kuvvetten kazanç yoldan kayıp vardır.
3.durumda kuvvet kolu yük kolundan daha da büyük olduğu için, daha fazla kuvvetten kazanç daha fazla yoldan kayıp vardır.
- Kaldıraçlar tek taraflı ve çift taraflı biçimdedir. Tek taraflı kaldıraçlar kuvvet ortada ve yük ortada şeklinde olabilirler.
Desteğin arada olduğu kaldıraçlar: (Çift taraflı)
- Destek, yük ile kuvvetin arasındadır.
- Duruma göre kuvvetten veya yoldan kazanç sağlanabilir.
- Eğer kuvvet kolu yük kolundan büyükse, kuvvetten kazanç vardır yoldan kayıp vardır; kuvvet kolu yük kolundan küçükse kuvvetten kayıp yoldan kazanç vardır.
- Bu kaldıraçlar kuvvetin yönünü değiştirir.
- Destek noktası yük ile kuvvetin arasında olan kaldıraçlara günlük yaşamda kullanılan kerpeten, pense, makas, tahterevalli, keser, eşit kollu terazi, kayık küreği, levye ve kriko örnek olarak verilebilir.
Yükün arada olduğu kaldıraçlar: (Tek taraflı)
- Yük, destek ile kuvvet arasındadır.
- Kuvvet kolu yük kolundan büyük olduğu için; kuvvetten kazanç yoldan kayıp vardır.
- Bu kaldıraçlar kuvvetin yönünü değiştirmez.
- Fındık ya da ceviz kıracağı, el arabası, menteşeli kapılar, gazoz açacağı, delgeç örnek olarak verilebilir.
Kuvvetin arada olduğu kaldıraçlar: (Tek taraflı)
- Kuvvet, yük ile destek arasındadır.
- Yük kolu kuvvet kolundan büyük olduğu için, yoldan kazanç kuvvetten kayıp vardır.
- Bu kaldıraçlar kuvvetin yönünü değiştirmez.
- Maşa, cımbız, zımba, kürek, tenis raket, beyzbol sopası, buz hokeyi sopası, insan kolları, iş makinelerinin pistonla çalışan kolları, çene örnek olarak verilebilir.
Eğik düzlem:
- Bir ucu diğerinden daha yüksekte olan eğimli yüzeyler eğik düzlem (rampa) olarak adlandırılır.
- Kuvvetten kazanç yoldan kayıp vardır. İşten kazanç veya kayıp söz konusu değildir.
- Eğik düzlemde yükseklik sabitken yol uzunluğu artırılırsa, kuvvet kazancı da artar.
- Eğik düzlemde yol sabitken yükseklik artırılırsa, kuvvet kazancı azalır.
- Eğik düzlemin eğimi azaldıkça kuvvet kazancı artar.
Çıkrık:
- Eksenleri aynı, yarıçapları farklı ve sabit bir eksen etrafında dönen silindirlerden oluşan sisteme çıkrık adı verilir.
- Kuvvetten kazanç yoldan kayıp vardır. İşten kazanç ya da kayıp söz konusu değildir.
- Kıyma makinesinde, bisiklet pedalında, el matkabında, kapı anahtarında, tornavida, araba direksiyonunda, kalemtıraşta, kahve değirmeninde ve bazı oltalarda çıkrık kullanılır.
Dişli çark, vida ve kasnak:
- Dişli çarklar, çevrelerinde dişleri olan tekerleklere benzeyen düzeneklerdir. Çarkların dişleri birbirinin arasına girerek biri döndüğünde diğerini de döndüren düzenekler olduğu gibi zincir yardımıyla birbirine bağlanan dişli çark sistemleri de vardır. Dişli çarklar hareketin yönünü ve hızını değiştirerek hareketi birbirine aktarmada kullanılır. Saat ve bisikletteki dişliler, dişli çarklara örnek verilebilir.
- Vida, silindir biçimindeki bir çubuğu saran eğik düzlemden oluşan basit makinedir. Vidalar genellikle iki veya daha fazla parçayı birbirine tutturmak için kullanılır. Vida döndürüldüğünde eğik düzlem şeklindeki dişler, tutturulacak parçanın içinde dairesel olarak hareket eder. Böylece vida, parçanın içine doğru ilerler. Vidalar saatten gözlüğe, masadan büyük makinelere kadar pek çok yerde kullanılır. Ampullerin duya yerleştirilen dip kısmı ve kavanozların ağzı da birer vida düzeneğidir.
- Kasnaklar, hareketi birbirine kayışla aktaran düzeneklerdir. Bunlar hareketin dönme yönünü değiştirmek ve hızını artırmak için kullanılır. Özellikle motorlu araçlarda dönme hareketini aracın diğer kısımlarına aktarmak amacıyla kasnaklardan yararlanılır.
Bileşik makineler:
- İki ya da daha fazla basit makineden oluşan sistemlere ise bileşik makine denir.
- Bu araçlar iş yapmayı kolaylaştırır. Örneğin meyve soyma makinesi; çıkrık, eğik düzlem ve vidadan oluşan bir bileşik makinedir.
