İnsanlar ilk çağlardan itibaren işlerini kas kuvveti sayesinde görmüşler, kuvvetlerinin yetmediği zaman bunu nasıl yapacaklarını düşünmüşler, bilimsel düşünce sayesinde bu zorlukları da yenmeyi başarmışlardır. Kas kuvvetiyle yapamadığı işi kolaylaştırarak yapan bir takım basit düzenekleri bulmuşlardır. Basit makineler adını alan bu düzenekler sayesinde bugünkü makineler ortaya çıkmış ve insanlar daha teknolojik bir yaşam biçimi elde etmiştir.
Siz de burada öğreneceklerinizle yeni fikirler geliştirebilir, yeni basit makineler BASİT tasarlayabilirsiniz.
İş
Günümü bahçede bulunan ağır bir taşı, bahçe dışına çıkarmak için harcadım. Taşı iterek onu dışarıya taşıdım. Sonunda başardım, bahçemizi daha kullanılabilir bir hale getirdim ama ben de yorucu bir iş yapmış oldum.
Keşke ağır taş, bahçe sınırına yakın olsaydı. Daha az bir mesafe iteceğimden daha kolay bahçe sınırının dışına çıkarabilirdim. Ancak taş, bahçe sınırından çok uzaktaydı, dışarıya çıkarmak için çok uğraşmam gerekti.
Yukarıda anlatılan örnek olayda olduğu gibi bilimsel anlamda iş, kuvvet ve bu kuvvet doğrultusunda cismin yer değiştirme miktarı ile ilişkilidir. Başka bir ifadeyle söyleyecek olursak bilim insanları; uygulanan kuvvet ile bu kuvvet doğrultusunda cismin yer değiştirme miktarının çarpımına iş olarak tanımlıyorlar.
Fiziksel anlamda iş yapabilmek için cisme hem bir kuvvet uygulanması hem de kuvvetin uygulandığı doğrultuda cismi hareket ettirmesi sağlanmalıdır. Başka bir ifadeyle cismin yer değiştirmenin sebebi uygulanan kuvvet olmalıdır. Kuvvet uyguladığımız cisim bizim kuvvetimizin doğrultusunda hareket etmezse iş yapmış sayılmayız.
Örneğin elinde top tutan bir çocuk veya elinde çantayla yürüyen birisi taşıdıkları bu yükler için fiziksel anlamda iş yapmış sayılmazlar çünkü bu yüklere karşı uyguladıkları kuvvet yerçekimine karşı dikey doğrultuda yukarı doğru iken hareket yönleri ise yatay doğrultudadır. Benzer şekilde kapalı bir kapıyı iten birisi de iş yapmış sayılmaz çünkü kuvvet uyguladığınız halde kapıda herhangi bir yer değiştirme olmaz.
Bilgi: Bilim insanları, “iş” ile ilgili matematiksel formüllerde fiziksel anlamdaki işin İngilizce karşılığı olan “work” kelimesinin ilk harfi “W” sembolüyle gösterirler.
Güç
Daha güçlü olsaydım, bahçedeki taşı dışarıya çıkarmak işini daha çabuk yapabilirdim. Böylelikle bütün bir günümü iş yaparak geçirmek zorunda kalmazdım.
Yukarıdaki ifadeden de anlayacağınız gibi güç, iş yapma süresi ile ilişkilidir. Herhangi bir işi ne kadar sürede yaptığımızı anlatmak için güç kavramını kullanırız. Bilim insanları, herhangi bir işin yapılma hızını “güç” olarak tanımlamaktadır. Başka bir ifadeyle söyleyecek olursak birim zamanda yapılan işe, “güç” denir.
Bilgi: Eskiden güç birimi olarak; otomobil ve makinelerin güçlerinin insanlar tarafından kolayca anlaşılabilmesi için beygir gücü tanımı yaygın olarak kullanılmaktaydı. Günümüzde ise yaygın olarak kullanılan güç birimi adını, buhar makinesinin yaratıcı olan James Watt‘tan almaktadır.
Basit Makineler
Girne Kalesi, Salamis Antik Kenti ve daha bir çok tarihi yerler, eski dönemlerden günümüze kadar ulaşmış mimari eserlerdir. Peki ama dozer, vinç gibi günümüz iş makinelerinin henüz icat edilmedi eski dönemlerde bu mimari eser nasıl meydana getirildi?
Hiç kuşku yok ki Girne Kalesi ya da Salamis Antik Kenti’nin inşaatında insanlar işlerini kolaylaştıran bir takım aletler kullanmışlardır. Günümüzde de farkında olmasak da birçok basit makine kullanıyoruz. Kapı anahtarı, makas, tornavida, el arabası ve benzeri birçok alet aslında birer basit makinedir.
Herhangi bir işi yaparken, kuvvetin büyüklüğünü, türünü ya da doğrultusunu değiştiren araçlara “Basit Makine” denir. Basit makineler, kuvvet veya yoldan kazanç sağlamak için kullanırız böylelikle aynı işi daha az kuvvetle veya daha kısa sürede yapabiliriz. Fakat hepsinden aynı miktarda kazanç sağlanmaz. Kuvveten kazanç varsa, yoldan aynı oranda kayıp vardır. Basit makineler de iş veya enerjiden kazanç sağlanamaz. Sadece iş kolaylığı sağlar.
Bilgi: Yüzyılda yaşayan Eski Yunanlı bilim insanı İskenderiyeli Heron, en karmaşık makinelerin bile aslında 5 tane basit makineden oluştuğuna inanıyordu.
Eğik Düzlem
Girne Kalesi ve Salamis Antik Kenti gibi Mısır Piramitleri de en önemli tarihi eserlerdendir. Bu piramitlerin en büyüğü olan Keops adındaki piramit yaklaşık 146 metre yüksekliğindedir. Bilim insanlarının araştırmalarına göre o dönemde 146 metrelik yüksekliğe büyük kayaları çıkarmak için eğik düzlem ya da rampa denilen düzenekler kullanıldığını ortaya koymaktadır.
Bütün basit makinelerde olduğu gibi eğik düzlem kullanılırken de yapılan iş miktarında bir değişiklik olmaz. Mesafe ne kadar artarsa, eğimle beraber uygulanan kuvvette o kadar azalmış olur.
Balta, iki eğik düzlemin bir araya geldiği basit makinedir. Baltanın keskin ucu ağaca girer ve giderek genişleyen yapısıyla çok daha fazla kuvvet uygulanmasını sağlar ve ağıcın ikiye ayrılmaya zorlar.
Gemilerin ön kısımları eğik düzlem gibi çalışır. Gemi, bu sayede suyu yararak kolaylıkla ilerler.
Vida
Çok geniş bir kullanım alanına sahip olan vida, iki ya da daha fazla parçayı birbirine tutturmak için kullanılır. Görünüş olarak benzemese de vidalar eğik düzlem gibi çalışır. Bir silindir çubuğun etrafına sarılmış eğik düzlemden oluşur.
Vidayı tam bir tur çevirdiğimizde, vida bir diş aralığı kadar ilerler, vidanın tam bir tur döndürüldüğünde vidanın aldığı yola vida adımı denir ve “a” ile gösterilir. Bu nedenle herhangi bir vidanın ilerleme miktarı tur sayısı ile vida adımının çarpımı kadardır. Bunu şöyle formüle edebiliriz:
Vidanın ilerleme miktarı = Tur sayısı x vida adımı (a)
Bir çivinin bir noktadan içeri girmesi için oldukça büyük bir kuvveti çekiçle uygulamak gerekir. Ama vidada çivideki kadar büyük kuvvete ihtiyaç duyulmaz.
Vidanın eğik düzlem prensibi ile çalıştığını biliyoruz. Yani etrafındaki vida adımları yolu uzattığı için yoldan kayba, kuvvetten kazanca neden olur.
Vida üzerine uygulanan kuvvet, vida adımı boyunca içeri girmeyi sağlayan daha büyük bir kuvvete dönüşür.
Dişli ve Kayışlı Çarklar
Dişli ve kayışlı çarklar, dairesel kuvvetin büyüklüğünü ve yönünü değiştiren basit makinelerdir. Dairesel olarak hareket eden çarklar, dişlerle ya da kayışlarla birbirlerine bağlanır, böylelikle herhangi bir çarkın dönmesi, diğer çarkı da etkiler. Dişli veya kayışlı çarklarda, büyük çark tam tur döndüğünde, küçük çark oranına göre birden fazla tur dönmektedir.
| Düzgün bağlanmış kayışlı çarklarda; çarklardan herhangi birinin dönüş yönü, kayış boyunca ilerler ve diğer çarkında aynı yönde dönmesini sağlar. Başka bir ifadeyle düzgün bağlanmış kayışlı çarklarda, çarkların dönüş yönü birbirinin aynıdır. | Dişli çarklarda; çarklardan herhangi birinin dönüş yönü, birbirini içine geçmiş dişler sayesinde diğer çarkın farklı yönde dönmesini sağlar. Başka bir ifadeyle dişli çarklarda, çarkların dönüş yönü birbirinin tersidir. |
Bilgi: Toshiba firmasının ürettiği ve içerisinde birçok çark bulunan Dünyanın en küçük motorunun genişliği sadece 1 milimetredir.
Kaldıraç
Kaldıraçlar, düz bir çubuk ve destekten oluşan iki parçalı basit makinelerdir. Kaldıraç, kullanım alanına göre desteğin yeri değişebilir. Farkında olmasak da günlük yaşantımızda çok çeşitli kaldıraçlar kullanıyoruz. Balık tutmak için kullandığımız olta, çekiç, makas, terazi, el arabası kaldıraçlara birer örnektir.
Bir destek üzerinde, sabit bir nokta etrafında hareket edebilen sistemlere kaldıraç denir. Kaldıraçların çalışması, yük kolu ve destek kolunun birbirine olan oranı ile ilişkilidir. Kaldıraçların çalışması şöyle gösterebiliriz:
Kuvvet x Kuvvet kolu = Yük x Yük kolu
- Kuvvet kolu: Kuvvetten desteğe kadar olan mesafedir.
- Yük kolu: Yükten desteğe kadar olan mesafedir
Destek her zaman ortada olmaz. Kaldıracın kullanım alanına göre desteğin yeri değişebilir. El arabası bir kaldıraçtır ve destek tekerleğinin bulunduğu noktadır.
Makaralar
Makaraları kullanarak kuvvetin yönünü ve büyüklüğünü kuracağımız düzeneklere göre isteğimize göre değiştirebiliriz. Yük kaldırma işlemi yapan, asansör, vinç gibi araçlar makalar sayesinde çalışırlar.
Makaralar; sabit makaralar, hareketli makaralar ve palangalar olmak üzere üç temel grubu ayrılırlar.
| Merkezinden tavana veya herhangi bir zemine asılan hareketsiz makaralara, sabit makara denir. | Merkezine yük asılan ve etrafına sarılan ip uzerinde dönerek ilerleyen makaralara, hareketli makara denir. | Sabit makaralar ile hareketli makaraların birbirlerine eklenerek oluşturdukları düzeneğe palanga denir. |
| Sabit makaralarda kuvvetten ve yoldan kazanç yoktur. | Kuvvetten 2 kat kazanç vardır. Dolayısıyla yoldan da 2 kat kayıp vardır. | Yükün asılı olduğu hareketli makaralardaki ip sayısı kadar kuvvet kazanç, o oranda da yoldan kayıp vardır. |
| İp ne kadar yukarı çekilse, yük de o kadar yukarı çıkar. | Yükü 1 metre yukarıya çıkarmak için 2 metre ip çekilmelidir. |
Bilgi: Yelkenli gemilerde, yelkenlerin hızlı ve kolay bir şekilde açılması veya açık yelkenlerin hızlıca toplanması için makaralar kullanılır.
