8.5.1. Basit makineler

Kazanımlar

 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
F.8.5.1.1. Basit makinelerin sağladığı avantajları örnekler üzerinden açıklar.
a. Basit makinelerden, sabit makara, hareketli makara, palanga, kaldıraç, eğik düzlem ve çıkrık üzerinde durulur.
b. Dişli çarklar, vida ve kasnakların da birer basit makine olduğu görsellerle belirtilir, ayrıntıya girilmez.
c. Basit makinelerde işten kazanç olmadığı vurgulanır.
ç. Matematiksel bağıntılara girilmez.
F.8.5.1.2. Basit makinelerden yararlanarak günlük yaşamda iş kolaylığı sağlayacak bir düzenek tasarlar. Öncelikle tasarımını çizimle ifade etmesi istenir. Şartlar uygunsa üç boyutlu modele dönüştürmesi istenebilir.

KONU: 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 kuvvetidenir.

Kuvvet Kazancı Nedir

A- Makaralar

Çevresinden bir ip geçirilen, bir eksen etrafında dönebilen ve cisimleri yükseğe kaldırmak için kullanılan basit makinelere makara denir.

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.

Bayrak Direği Sabit Makara

6 N'luk yükü kaldırabilmek için 6 N'luk kuvvet uygulanması gerekmektedir.

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.

3. Palangalar

• Hareketli ve sabit makaraların birlikte kullanıldığı sistemlerdir.
• 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.

Örnek: Aşağıdaki palangada 120 N yükü kaç N'lik kuvvetle çekebiliriz, kuvvet kazancı nedir?
CEVAP 

B-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 formül

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 ortadadır.
Tek taraflı kaldıraçlar da iki çeşittir. (Kuvvet ortada, yük ortada)
Üç çeşit kaldıraç vardır.

1. Tip Kaldıraçlar (Destek ortada) 


Bu tip kaldıraçta destek noktası; 

• Tam ortada ise kuvvetten kazanç yoktur. (Yük ile kuvvet birbirine eşit)
• Yüke yakın ise kuvvetten kazanç vardır. (Kuvvet kolu uzun, yük kolu kısa )
• Kuvvete yakın ise yoldan kazanç vardır. (Kuvvet kolu kısa yük kolu uzun )
• Destek ortada olan kaldıraçlar kuvvetin yönünü değiştirir.

Destek Ortada Olan Kaldıraca 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 desteğin ortada olan kaldıraçlardır.

Destek Ortada Kaldıraç

2. Tip Kaldıraçlar (Yük ortada)

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

Yük Ortada Olan Kaldıraca 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.



Not: Gazoz açacaklarının genelinde yük ortadadır, ancak destek ortada olanları da vardır.


3. Tip Kaldıraçlar (Kuvvet ortada)

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

Kuvvet Ortada Olan Kaldıraca Örnekler 

1. Kürek
2. Cımbız
3. Maşa
4. Tenis raketi
5. Tel zımba
6. Olta
7. Kolumuz ve bacağımız
8. Çekiç
9. Alt çene kemiği kuvvetin ortada olduğu kaldıraçlardır.

Not: Kolumuzu kullanırken omuz da destek olarak kullanılabilir.

C- Eğik Düzlem (Rampa)

Ağır bir yükü yukarıya çıkarmak için eğik düzlem kullanılır.

Formül
Kuvvet X Kuvvet Yolu = Yük X Yük Yolu
F x l = P x h   (Fil Pastaya Hasta)

Eğik düzlemde daima 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.

• Kama, eğik düzlemden oluşan basit makinedir.

• Balta
• İğne
• Kaydırak
• Merdiven
• Kaykay pisti
• Vida
• Engelli rampası
• Murç (keski)
• Bıçak
• Düz tornanın ucu eğik düzlemdir.

D- 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 formülü
Kuvvet x Kuvvet Kolu = Yük x Yük Kolu
F x R = P x r

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.

E- 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.

Dişliler

Örnek: Büyük dişlinin yarıçapı 52 cm, küçük dişlinin yarıçapı 13 cm'dir. Büyük dişli 4 tur döndüğünde küçük diş kaç tur döner?
CEVAP 


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

Ortak Eksenli Dişliler

2. Kasnak

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

Düz Bağlı Kasnaklar

Ters Bağlı Kasnaklar

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.
• Vida da kuvvetten kazanç yoldan kayıp vardır.
• Vida adımı büyüdüğünde vida daha fazla yol alır fakat daha fazla kuvvet uygulamak gerekir.
• Vida da kuvvetin yönü ve büyüklüğü değişir.

Vida

Vida adımı küçük olan vidaların (Solda) kuvvetten kazancı fazladır, fakat döndürüldüğünde daha az saplanır.
Vida adımı büyük olan vidanın (Sağda) kuvvetten kazancı azdır, fakat döndürüldüğünde daha fazla saplanır.

4. Tekerlek

Tarihteki en önemli buluştur.
Tekerlekte bir basit makinedir.

Bileşik Makine

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 makine 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.

Sorular

Soru 1: Aşağıdaki basit makinelerin hangisinde kuvvet kazancı kesinlikle yoktur?
A) Makas
B) Maşa
C) Fındık Kıracağı
D) El arabası
CEVAP 


Soru 2: Şekildeki kaldıracın;


a- Kuvvet kazancı nedir?
b- Kuvvetin dengede tutabileceği  yük nedir?
c- Kuvvet kazancının artması için ne yapılmalıdır?



Soru 3: Basit makineler ................. ya da ................... kazandırarak iş yapma kolaylığı sağlar.
Yukarıdaki cümlede boş bırakılan yere aşağıdakilerden hangisi sıra ile yazılmalıdır?
A) Kuvvet - Yol
B) Kuvvet -Enerji
C) Enerji - İş
D) Enerji - Yol



Soru 4: Aşağıdaki kaldıraçlardan hangisinde destek noktası farklı yerdedir?
A) Makas
B) Eşit kollu terazi
C) Tahtaravalli
D) Maşa


Soru 5: Aşağıdaki basit makinelerden hangisi farklı tür bir basit makinedir?
A) Kapı kolu
B) Sabit makara
C) Tornavida
D) Direksiyon



Soru 6: Aşağıdaki kaldıraçların hangisinde daima kuvvetten kayıp vardır?
A) El arabası
B) Kerpeten
C) Cımbız
D) Ceviz kıracağı


Soru 7: Sabit makara ile ilgili olarak aşağıdakilerden hangisi yanlıştır?
A) Kuvvetten kazanç sağlamaz.
B) Yoldan kazanç sağlamaz.
C) Kuvvetin yönünü değiştirir.
D) İş yapma kolaylığı sağlamaz.


Soru 8: Aşağıda çıkrık ile ilgili olarak verilen bilgilerden hangisi yanlıştır?
A) Kuvvetten kazanç vardır.
B) Yoldan kazanç vardır.
C) İşin yapılma hızını değiştirir.
D) Kuvvet uygulanan kol ne kadar uzunsa, uygulanan kuvvet o kadar azdır.


Soru 9: Aşağıdaki araçlardan hangisinde dişli çark bulunmaz?
A) Kol saati
B) El mikseri
C) Bisiklet
D) Vida