KUVVET VE HAREKET

YAYLAR

Yaylar sarmal şekilde kıvrılmış metal şeritlerden yapılır. Yaylar esnek yapılıdır ve kendilerine kuvvet uygulandığında sıkışma veya uzama özelliğine sahiptir.

Yayların özellikleri

1. Yaylar kuvvetin etkisiyle uzarlar veya sıkışırlar.

Yukarıdaki yaylara baktığımızda, üstteki yayın uzadığını yani gerildiğini, aşağıdaki yayın ise sıkıştırıldığını görüyoruz.

2. Yaylar kendilerine uygulanan kuvvetle eşit büyükte ama ters yönde bir tepki kuvveti oluştururlar.

3. Yaylara kaldırabileceğinden daha fazla kuvvet yüklemek yayın esnekliğinin kalıcı olarak bozulmasına neden olur.

4. Yaya uygulanan kuvvet ve yaydaki uzama miktarı doğru orantılıdır.

Yukarıdaki şekilde de görebileceğimiz gibi, 20N ağırlık yayda 5 cm uzamaya neden olmuştur. Ağırlığı iki katına artırırsak uzama da iki katına çıkar. Bu da yayların uygulanan kuvvetle doğru orantılı uzadığını kanıtlar.

Eğer yayın kaldırabileceği değerden daha fazla kuvvet uygulanırsa yayın esneklik özelliği bozulur. Bu nedenle uzama miktarları da değişir. Bozulmuş bir yayda örneğin ağırlığı iki kat artırsak uzama da aynı oranda artmaz.

5. Farklı yayların farklı uzama miktarları vardır.

• Kalın yaylar ince yaylara göre daha güçlüdür. Bu nedenle aynı ağırlık altında kalın yalar daha az uzar.
• Yayın yapıldığı maddenin cinsi de uzama miktarında etkilidir. Aynı kuvvet altında bakır ve çelik yayların uzama miktarları farklı olur.

6. Sıkıştırılmış veya gerilmiş yaylarda enerji depolanır.
Yaylar esnek cisimler olduğu için kuvvet uygulanarak enerji depo etmeleri sağlanabilir. Yaylarda esneklik potansiyel enerji depo edilir.

7. Dinamometre yapılırken yayların esnekliğinden yararlanılır.

Çeşitli amaçlarla kullanılan pek çok yay türü vardır. Bunları bazıları aşağıdaki şekilde incelenebilir.

Yayların kullanım alanları.

Yataklar,
Koltuklar,
Otomobil amortisörleri,
Çıtçıtlı kalemler,
Dinamometreler,
Otomatik şemsiyeler,
Bastırmalı düğmeler,
Kendiliğinden kapanan kapılar,
Çeşitli motorlar,
Trambolinler
Mandallar vb.

İŞ NEDİR?

Günlük hayatta kullandığımız “iş” kavramıyla fiziksel anlamda kullanılan iş kavramı aynı değildir.
Fiziksel olarak iş yapılması için kuvvet ve kuvvet doğrultusunda hareket olmak zorundadır.  

İşin özellikleri

• Kuvvet olmalı
• Hareket olmalı
• Kuvvet ve hareket aynı doğrultuda olmalı.

Yukarıdaki resimde kuvvet ve hareket aynı doğrultudadır. O halde iş yapılmaktadır.

Çanta taşıyan çocuğun çantayı kaldırmak için uyguladığı kuvvet yukarı doğrudur. Hareket yönü ise Doğu yönündedir.
Kuvvet ve hareket farklı doğrultuda olduğu için iş yapılmaz.

Yukarıdaki resimde ip çeken adamın uyguladığı kuvvet ve hareketin doğrultusu aynı olduğu için iş yapılmış olur.

Evi çekmeye çalışan eşek, kuvvet uyguladığı halde evi hareket ettirememektedir. Kuvvet vardır ama hareket yoktur. Bu nedenle iş yapılmaz.

İşin Birimi
Bir maddenin enerjisindeki değişim yapılan işe eşittir. Bu nedenle işin birimi enerji birimiyle aynıdır.
İş birimi olarak Joule(J) ve N.m (newton metre) kullanılır.

İşin Formülü
Bir kuvvetin yaptığı işi hesaplamak için kuvvet ve kuvvetin cismi götürdüğü mesafeyi çarpmak gerekir.
İş = Kuvvet . Yol
( W = İş, F = Kuvvet, X = Yol )

20 newton’luk kuvvetin etkisiyle 15 metre sürüklenen kutuya yapılan işi bulalım.
İş = 20 N x 15 m
= 300 Nm ya da 300 J

Bir kuvvetin iş yapması için kuvvet ve hareketin aynı yönde olması değil aynı doğrultuda olması gerekir. Doğrultu ve yön kavramları karıştırılmamalıdır.
Bir örnekle açıklarsak, Kuvvet yukarı olduğu halde cisim aşağı hareket ederse iki büyüklük de düşey doğrultuda olduğu için iş yapılmış olur.

ENERJİ ÇEŞİTLERİ

KİNETİK ENERJİ

Hareketli cisimlerin sahip olduğu enerjiye kinetik enerji denir.
Kinetik enerjiye hareket enerjisi de denir.

Kinetik Enerji Özellikleri

• Kinetik enerji kütleyle doğru orantılıdır. Kütle arttıkça kinetik enerji artar.
• Kinetik enerji hızla doğru orantılıdır. Hız arttıkça kinetik enerji artar.

• Hareketli otomobil.
• Yuvarlanan top.
• Koşan çocuk.
• Düşmekte olan elma.
• Dönen çark.
• Akarsu.
• Saatin yelkovanı.
• Hareketli salyangoz.
• Rüzgar vb gibi cisimlerin kinetik enerjisi vardır.

Kütleleri aynı olan iki hareketliden sürati daha fazla olanın kinetik enerjisi daha büyüktür. Yukarıdaki koşucu 2. durumda daha süratli koştuğu için kinetik enerjisi daha fazladır.

İki cismin süratleri aynıysa kütlesi fazla olanın kinetik enerjisi daha fazladır. Şekilde uçak ve otomobilin süratleri aynıdır. Kütlesi daha fazla olan uçağın kinetik enerjisi daha fazladır.

v= Hız

Sürtünmeli ortamlarda kinetik enerji ısı enerjisine dönüşerek kaybolur.

Enerji dönüşümü
Enerji türleri birbirine dönüşebilir. Kinetik enerji ve potansiyel enerji de birbirlerine dönüşebilir.

Bisiklet dik çıkarken hızı azalır ve kinetik enerji potansiyel enerjiye dönüşür.

Cismin konumundan dolayı sahip olduğu enerji türüne potansiyel enerji denir.
Potansiyel enerji cismin bünyesinde saklı duran, fırsatını bulduğunda harekete geçen bir enerjidir.

Potansiyel enerjiyi daha iyi anlamak için bazı örnekleri inceleyelim.

Daldaki bir elmanın potansiyel enerjisi vardır.
Elma dalda durmaktadır ama sapının kopması halinde harekete geçeceği ve aşağı düşeceğini biliriz. (enerji var ama henüz harekete geçmemiştir.)

Gerilmiş bir lastiğin de potansiyel enerjisi vardır.
Lastik gerilmiş haliyle hareketsizdir. Ama bırakıldığında harekete geçeceğini biliriz.

Bu örneklerde olduğu gibi cismin konumundan dolayı sahip olduğu enerjilere potansiyel enerji denir.

Potansiyel enerji ikiye ayrılır.

Potansiyel enerji türleri
1. Çekim Potansiyel Enerji
Yer çekimi sayesinde, yerden yüksekteki cisimlerin sahip olduğu enerjidir.
Daldaki elma, havadaki uçak, barajlardaki su, dağlardaki kar gibi yerden belirli bir yüksekliğe sahip tüm cisimlerin bir çekim potansiyeli vardır.

2. Esneklik Potansiyel Enerji 
Esnek cisimlerin sahip olduğu enerjidir.
Gerilmiş yay, çekilmiş lastik, sıkıştırılmış sünger gibi maddelerin esneklik potansiyeli vardır.

Potansiyel enerji özellikleri

Kütlesi aynı iki cisimden yerden daha yüksekte olanın potansiyel enerjisi daha fazladır. Şekilde 2 numaralı cismin yüksekliği daha fazla olduğu için çekim potansiyel enerjisi daha fazladır.

Yüksekliği aynı olan cisimlerden kütlesi daha fazla olanın çekim potansiyel enerjisi daha fazladır. Yukarıdaki şekilde 1 numaralı cismin kütlesi diğerinden fazla olduğu için çekim potansiyel enerjisi de daha fazladır.

Özdeş yaylardan 2 numaralı olan daha fazla gerildiği için esneklik potansiyeli daha fazladır.

Enerji Dönüşümü
Potansiyel ve kinetik enerjiler birbirlerine dönüşebilir.
örneğin barajlarda biriken suyun çekim potansiyel enerjisi vardır. Baraj kapakları açıldığında suyun potansiyel enerjisi kinetiğe dönüşür. Bu da suyun aşağı doğru akması anlamına gelir.

Aşağıdaki şekilde potansiyel enerjinin kinetik enerjiye dönüşümü gösterilmektedir.

BASİT MAKİNELER

Günlük hayatta çok kullanılan bazı basit makineleri bu yazımızda tanıyalım. 

Basit Makinelerin Görevleri:

• Kuvvetten kazanç sağlayabilir.
• Kuvvetin yönünü değiştirebilir
• İşten kazanç sağlamaz.
• Bir işi daha kolay yapmayı sağlar.

1. KALDIRAÇLAR
 

Basit makinelerin en yaygın kullanılanlarından birisi de kaldıraçlardır. Kapı kolundan el arabasına, tahterevalliden tenis raketine kadar birçok alet kaldıraç mantığıyla çalışmaktadır. 

Yukarıdaki resimde gösterilen basit bir kaldıraç şeklidir. Kaldıraçlarda herhangi bir yükü, bir destek noktasından yararlanarak kaldıran aletlerdir.

Destek: Bir kaldıracın etrafında hareket ettiği noktadır.
Yük Kolu: Yükün desteğe uzaklığıdır
Kuvvet Kolu: Kuvvetin desteğe uzaklığıdır.

Kuvvetten Kazanç:
Bir kaldıraç bir yükü daha az kuvvetle yapıyorsa kuvvetten kazanç sağlamış demektir. Örneğin 100N’luk yükü 70 N’la dengeleyen bir kaldıraç kuvvetten 30N kazanç sağlar.
Eğer kaldıraç yükü olması gerekenden daha büyük bir kuvvetle kaldırıyorsa kuvvetten kayıp var demektir. Örneğin 100 N’luk kuvveti 130N’la kaldırırsan kuvvetten 30N kaybetmişiz demektir.

Kaldıraç Türleri
Kaldıraçlar kuvvet, yük ve desteğin konumuna göre 3 sınıfa ayrılmaktadır.

1. Desteğin ortada olduğu kaldıraçlar

Bu kaldıraçlarda destek ortadadır. Makas, pense, tahterevalli gibi aletler bu kaldıraçlara
örnektir.

.

2. Yükün ortada olduğu kaldıraçlar

Bu kaldıraç türlerinde yük ortada bulunur. Günlük hayatta kullandığımız fındık kıracakları, menteşeli kapılar, el arabaları bu türden kaldıraçlara örnek olarak verilebilir.

.

3. Kuvvetin ortada olduğu kaldıraçlar

Kuvvetin orada bulunduğu kaldıraçlara örnek olarak teniz raketi, cımbız, kürek gibi araçlar verilebilir.

Arşimet (Archimedes) Kimdir?

Kaldıraçlar üzerine yaptığı çalışmalarla tanınan Yunanlı bilim insanı Arşimet milattan önde 287 – 311 yılları arasında yaşadı. Arşimet’in kaldıracın önemi üzerine öğrencilerine ders anlatırken, “Bana bir dayanak noktası verin Dünya’yı yerinden oynatayım” dediği rivayet edilmektedir.

2. MAKARALAR

Basit makinelerden biri de makaralardır. Bayrak direklerinde, vinç halatlarında, inşaat asansörlerinde makaralardan yararlanılmaktadır.

 İki tip makara vardır

1. Sabit Makara

Bu makara düzeneği sadece kuvvetin yönünü değiştirir. Kuvvetten kazanç sağlamaz.

• Kuvvettin yönünü değiştirir.
• Kuvvetten kazanç veya kayıp sağlamaz.
• Yoldan kazanç veya kayıp sağlamaz.

Yandaki resimde gösterilen makara sabit makaralara örnektir. Bir makaranın sabit olduğunu anlamak için o makaranın bir yüzeye bağlı olup olmadığına bakılır. Resimde makara duvara sabitlenmiştir.

Sabit makaralarda uygulanan kuvvet yükün ağırlığına eşittir.

2. Hareketli Makara

Hareketli makaralar yükle beraber hareket eden makaralardır. Bu tip makaralarda kuvvet yükün yarısına eşittir. Örneğin 40N’luk yükü 20N’la dengelemek mümkün olmaktadır.

• Kuvvetten iki kat kazanç sağlar.
• Yoldan iki kat kayba neden olur.

Hareketli makaralarla kuvvetten kazanç sağlandığı için yoldan da kayıp vardır. Bu makaralarda yükü 4 metre yukarı kaldırmak için ipin 8 metre çekilmesi gerekir.

Bileşik Makaralar(PALANGALAR)

Bazen tek bir makarayla istediğimiz kuvvet kazancını elde edemeyiz Bu durumda sabit ve hareketli makaraları birleştirerek bir makara sistemi oluşturabiliriz. Bu sistemlere bileşik makaralar denir.

Bileşik makaralarda kuvvetten kazancı sistemdeki hareketi makaraların sayısı belirler. Her hareketli makara kuvvetten iki kat kazanç sağlar. Bu durumda örneğin 3 hareketli makara kullanıyorsak 2.2.2 = 8 kat kazanç sağlarız. Bu yoldan da 8 kat kayıp olacağı anlamına gelmektedir. Resme dikkat ettiğinizde bileşik makara sistemindeki hangi makaraların sabit, hangilerinin bileşik olduğunu görebilirsiniz.

Günlük Hayatta Makaralar

3. EĞİK DÜZLEM

Eğik düzlemler yolu uzatarak bir işi daha kolay yapmayı sağlar. Eğimli yollar, merdivenler, vidanın dişleri, eğimli rampalar örnek olarak verilebilir.

4. Dişliler
Dişli ya da çarklar birbirlerine dişleriyle bağlan makinelerdir. Dişliler harekerin yönünü, süratini ve kuvveti değiştirmek için kullanılır.
Birbirine temas eden dişlilerden büyük olan yavaş, küçük olan hızlı döner.

5. Tekerler
Günümüzden 5000 yıl önce Sümerliler tarafından icat edilen tekerlek sürtünme kuvvetini azalttığı için en önemli buluşlardan biri sayılır. Tekerlek yuvarlanma hareketinden yararlanır.

6. Çıkrık
Çıkrık bir kol yardımıyla çevrilen çarktır. Temelde kaldıraç mantığıyla çalışır. Kuyudan su çekilen makine de bir çıkrıktır.
Çıkrığın kolu (şekilde R ile gösteriliyor) ne kadar uzarsa kuvvetten kazanç o kadar artar.