Kaldıraçlar ve kamalar
Insanoğlu günümüzde dağıtılmış makinelerle iç içe yaşamaktadır Bütün makineler, şu ya da bu biçimde “baskı tasarrufu karşılayan araçlardır Yaygın kullanımı olan bu tanım bununla beraber bilimseldir Bir bilim adamına kadar makine, mekanik fayda sağlayan araçtır Başka bir deyişle alet bir yükü kaldırma veya hareket ettirmede sanırlı bir çabanın yardımsever olmasına elveren araçtır Bir makinenin mekanik verimi, dayanıklılıkgüçtür Bu anlamda en kolay makineler, çoğu kompleks cihaz da binlercesi kompleks makinede binlercesi kullanılan kaldıraç, kama ve vidalardır
Çabanın büyütülmesi;
Kaldıraçların yüzlerce kullanımı vardır; el manivelası, kürek, tornavida, makas, tahterevalli ve el arabasında her zaman farklı alanlara yönlendirilmiş kaldıraç kullanılır Bunların esas işlevi yükü kaldırmayı kolaylaştırmak için gücün büyümesini sağlamaktır Her kaldıraç, takviye noktası adı verilen bir aks ucuna tutturulur Kaldıracın mekanik verimini, dayanıklılık ve gücün büyüklükleriyle bunların dayanak noktasından uzaklıkları belirler
Dört yaşında bir çocuk 75 kg ağırlığında bir adamı nasıl kaldırır? Basit bir yol, ikisini de bir tahterevalliye oturtmaktır Eğer adam yardım noktasına yakın oturursa öteki tarafın en ucunda oturan çocuğun ağırlığı onu kaldırmaya yeter Oysa, adamın çıktığı mesafe çocuğun indiği mesafeden az olur bununla birlikte, bu yöntemle siklet kaldırılır böylece, yunan matematikçisi archimedes ’in (MÖ287–212) “bana üzerinde duracak sağlam bir yer verin, dünyayı kaldırayım demesine şaşılmamalıdır
Tembel bir tahterevallinin (ve dirençle gücün birbirini) dengelediği her türlü kaldıraçların) durumuna, denge durumu denir Böyle durumlarda, direncin, takviye noktasından yatay uzaklığıyla çarpımı, gücün takviye noktasından yatay uzaklığıyla çarpımına eşittir Yukarda bahşedilen örnekteki çocuk, 12,5 kg ağırlığında daysa ve takviye noktasından 3 m uzaklıkta oturuyorsa, öbür uçta dayanak noktasından 0,5 m uzaklıkta oturan 75 kg ağırlığındaki adamı tamamen dengeler
(12,5 x 3 75 x 0,5 37,5)
Bu örnekteki mekanik verim (dayanıklılıkzor) yani 75 2,5 eşittir 6 ’ya Bu verim, takviye noktasında gücün uzaklığını, direncin yardım noktasından uzaklığına bölerek de hesaplanabilir, bu örnekte, 3 0,5 yine 6 ’ya eşittir
Direncin uzaklıkla çarpımına direncin momenti (iki bu bir kuvvettir) denir Denge durumunda dayanıklılık tarafındaki moment baskı tarafındakine eşittir Eğer bir moment ötekinden büyük olursa, bir döndürme kuvveti oluşur ve tahterevallinin o ucu aşağıda iner
Rampa ve Kamaların Kullanımı
Eski mısırlılar piramitleri, veya tunç devri insanları stonehenge ’i yaparken, dev taşları birkaç metre yüksekliğe kaldırma sorunuyla karşılaştılar Ağır bir nesneyi eğimli bir yerde yukarı itmenin, ilk elden kaldırmaktan çok daha kolay olduğunu bildikleri için, büyük muhtemelen taşları yukarı sürükledikleri (belki ağaç gövdesinden silindirler üzerinde) uzun toprak rampalar yaptılar Meslek bittikten sonra rampalar kaldırılıyordu Fizikçiler, böyle bir rampaya “eğik düzlem derler
10 tonluk bir kütleyi düşey olarak uyandırmak 10 tonluk bir mücadele gerektirir Lakin sürtünme hesaba katılmazsa, aynı kütleyi 120 ’lik bir eğim her tarafında itmek ya da sürüklemek için yalnızca yarım ton değin bir çaba gerekir Bir metre yükseltebilmek için yükün 20 metre değin ilerletilmesi gerekir, yani kaldıraçlarda olduğu gibi, önemli bir mekanik verim karşılamak için, minik bir direnç hareketine karşılık büyük bir şiddet hareketi gereklidir Tasarruf edilen zor miktarını, rampa yüksekliğinin, eğimin uzunluğuna oranı belirler, çağdaş teknoloji uzun rampaları helezoni duruma getirerek yer kazanımı sağlar
Bir yükü hafifçe uyandırmak için (sözgelimi, altından bir ip aşmak için) altına bir kama sokulabilir Kama, sırt sırta yapıştırılmış iki eğik düzleme benzer Ancak, istenilen hareketi temin etmek için yükü yüzey üstünde yukarı itmek yerine, yüzey yükün yanından itilir Sözgelimi bir çatlağa kama sokarak çok büyük bir zorlama uygulanabilir Saplama kalemi, pulluk ve havalı matkap gibi bir keski ya da balta da bu ilkeden yararlanır
Vidalar sarılmış kamalar
Vida dişleri, silindir çevresine sarılı eğik düzlemler olarak düşünebilir helezoni adı verilen bu şeklin geometrik yapısı MÖ 200 yıllarında yunan matematikçisi Perga ’lı Apollonius (MÖ III yy) tarafından incelenmiştir Archimeden ise, dış açma makinesi bulmuş ve vidayı meşhur “archimedes vidası denilen su pompasında esas prensip olarak kullanmıştır
Tıpatıp bir kamanın bir nesne içine çekiçle çakılabildiği gibi bir vidanın helezoni kaması da döndürülerek sokulur Döndürme hareketi bir kaldıraç gücü gerektirir (bir tornavida ya da somun anahtarı) ve kolay görünen vida, tatbik açısından kaldıraç ile kamayı birleştiren bir “aletdir
Bir vidanın dişleri arasındaki uzaklığa vida adımı adı verilir adım, karşılığı olduğu eğik düzlem eğiminin bir ölçüsüdür Bir tam dönüşte vida, kendi vida adımına eşit bir mesafe kadar ilerler Vidayı döndüren kaldıracın uzunluğunun vida adımına mü mekanik verimi verir Konik bir tahta vidasının kama biçimindeki kısmı, kütüğe giriş esnasında kamanın başka bir kullanılışını açığa çıkarır Kendi yuvalarını açan vidalar, (kayda değer bir güç gerektirerek) madenin içinde ilerlerken helezoni bir diş keserler
Vida dişlerinin başka uygulamaları mengene, tirbüşon, kriko, gemi ve uçak pervaneleri ve farklı alanlara yönlendirilmiş tip vanalarda görülür en yaygınları vida somunu ve cıvatalardır
Insanoğlu günümüzde dağıtılmış makinelerle iç içe yaşamaktadır Bütün makineler, şu ya da bu biçimde “baskı tasarrufu karşılayan araçlardır Yaygın kullanımı olan bu tanım bununla beraber bilimseldir Bir bilim adamına kadar makine, mekanik fayda sağlayan araçtır Başka bir deyişle alet bir yükü kaldırma veya hareket ettirmede sanırlı bir çabanın yardımsever olmasına elveren araçtır Bir makinenin mekanik verimi, dayanıklılıkgüçtür Bu anlamda en kolay makineler, çoğu kompleks cihaz da binlercesi kompleks makinede binlercesi kullanılan kaldıraç, kama ve vidalardır
Çabanın büyütülmesi;
Kaldıraçların yüzlerce kullanımı vardır; el manivelası, kürek, tornavida, makas, tahterevalli ve el arabasında her zaman farklı alanlara yönlendirilmiş kaldıraç kullanılır Bunların esas işlevi yükü kaldırmayı kolaylaştırmak için gücün büyümesini sağlamaktır Her kaldıraç, takviye noktası adı verilen bir aks ucuna tutturulur Kaldıracın mekanik verimini, dayanıklılık ve gücün büyüklükleriyle bunların dayanak noktasından uzaklıkları belirler
Dört yaşında bir çocuk 75 kg ağırlığında bir adamı nasıl kaldırır? Basit bir yol, ikisini de bir tahterevalliye oturtmaktır Eğer adam yardım noktasına yakın oturursa öteki tarafın en ucunda oturan çocuğun ağırlığı onu kaldırmaya yeter Oysa, adamın çıktığı mesafe çocuğun indiği mesafeden az olur bununla birlikte, bu yöntemle siklet kaldırılır böylece, yunan matematikçisi archimedes ’in (MÖ287–212) “bana üzerinde duracak sağlam bir yer verin, dünyayı kaldırayım demesine şaşılmamalıdır
Tembel bir tahterevallinin (ve dirençle gücün birbirini) dengelediği her türlü kaldıraçların) durumuna, denge durumu denir Böyle durumlarda, direncin, takviye noktasından yatay uzaklığıyla çarpımı, gücün takviye noktasından yatay uzaklığıyla çarpımına eşittir Yukarda bahşedilen örnekteki çocuk, 12,5 kg ağırlığında daysa ve takviye noktasından 3 m uzaklıkta oturuyorsa, öbür uçta dayanak noktasından 0,5 m uzaklıkta oturan 75 kg ağırlığındaki adamı tamamen dengeler
(12,5 x 3 75 x 0,5 37,5)
Bu örnekteki mekanik verim (dayanıklılıkzor) yani 75 2,5 eşittir 6 ’ya Bu verim, takviye noktasında gücün uzaklığını, direncin yardım noktasından uzaklığına bölerek de hesaplanabilir, bu örnekte, 3 0,5 yine 6 ’ya eşittir
Direncin uzaklıkla çarpımına direncin momenti (iki bu bir kuvvettir) denir Denge durumunda dayanıklılık tarafındaki moment baskı tarafındakine eşittir Eğer bir moment ötekinden büyük olursa, bir döndürme kuvveti oluşur ve tahterevallinin o ucu aşağıda iner
Rampa ve Kamaların Kullanımı
Eski mısırlılar piramitleri, veya tunç devri insanları stonehenge ’i yaparken, dev taşları birkaç metre yüksekliğe kaldırma sorunuyla karşılaştılar Ağır bir nesneyi eğimli bir yerde yukarı itmenin, ilk elden kaldırmaktan çok daha kolay olduğunu bildikleri için, büyük muhtemelen taşları yukarı sürükledikleri (belki ağaç gövdesinden silindirler üzerinde) uzun toprak rampalar yaptılar Meslek bittikten sonra rampalar kaldırılıyordu Fizikçiler, böyle bir rampaya “eğik düzlem derler
10 tonluk bir kütleyi düşey olarak uyandırmak 10 tonluk bir mücadele gerektirir Lakin sürtünme hesaba katılmazsa, aynı kütleyi 120 ’lik bir eğim her tarafında itmek ya da sürüklemek için yalnızca yarım ton değin bir çaba gerekir Bir metre yükseltebilmek için yükün 20 metre değin ilerletilmesi gerekir, yani kaldıraçlarda olduğu gibi, önemli bir mekanik verim karşılamak için, minik bir direnç hareketine karşılık büyük bir şiddet hareketi gereklidir Tasarruf edilen zor miktarını, rampa yüksekliğinin, eğimin uzunluğuna oranı belirler, çağdaş teknoloji uzun rampaları helezoni duruma getirerek yer kazanımı sağlar
Bir yükü hafifçe uyandırmak için (sözgelimi, altından bir ip aşmak için) altına bir kama sokulabilir Kama, sırt sırta yapıştırılmış iki eğik düzleme benzer Ancak, istenilen hareketi temin etmek için yükü yüzey üstünde yukarı itmek yerine, yüzey yükün yanından itilir Sözgelimi bir çatlağa kama sokarak çok büyük bir zorlama uygulanabilir Saplama kalemi, pulluk ve havalı matkap gibi bir keski ya da balta da bu ilkeden yararlanır
Vidalar sarılmış kamalar
Vida dişleri, silindir çevresine sarılı eğik düzlemler olarak düşünebilir helezoni adı verilen bu şeklin geometrik yapısı MÖ 200 yıllarında yunan matematikçisi Perga ’lı Apollonius (MÖ III yy) tarafından incelenmiştir Archimeden ise, dış açma makinesi bulmuş ve vidayı meşhur “archimedes vidası denilen su pompasında esas prensip olarak kullanmıştır
Tıpatıp bir kamanın bir nesne içine çekiçle çakılabildiği gibi bir vidanın helezoni kaması da döndürülerek sokulur Döndürme hareketi bir kaldıraç gücü gerektirir (bir tornavida ya da somun anahtarı) ve kolay görünen vida, tatbik açısından kaldıraç ile kamayı birleştiren bir “aletdir
Bir vidanın dişleri arasındaki uzaklığa vida adımı adı verilir adım, karşılığı olduğu eğik düzlem eğiminin bir ölçüsüdür Bir tam dönüşte vida, kendi vida adımına eşit bir mesafe kadar ilerler Vidayı döndüren kaldıracın uzunluğunun vida adımına mü mekanik verimi verir Konik bir tahta vidasının kama biçimindeki kısmı, kütüğe giriş esnasında kamanın başka bir kullanılışını açığa çıkarır Kendi yuvalarını açan vidalar, (kayda değer bir güç gerektirerek) madenin içinde ilerlerken helezoni bir diş keserler
Vida dişlerinin başka uygulamaları mengene, tirbüşon, kriko, gemi ve uçak pervaneleri ve farklı alanlara yönlendirilmiş tip vanalarda görülür en yaygınları vida somunu ve cıvatalardır