Sarmal Yaylar Kuvvet uygulandığında bazı cisimlerin şekillerinde değişiklikler olduğunu, uygulanan kuvvet ortadan kalktığında ise bu cisimlerin ilk şekillerine dönerler. Bu tür cisimlere, esnek cisimler denir. Örneğin, giydiğimiz bazı tişört ve çoraplar esnektir. Onları, giyebilmek için gereriz. Çıkardığımızda ise bu giysiler, ilk şekillerine döner. Oyun hamuru ve cam macunu gibi maddeler esnek değildir. Onlara kuvvet uyguladığımızda şekillerini değiştirebiliriz. Fakat uyguladığımız kuvvet ortadan kalktığında bu maddeler eski hâllerine dönmezler. 2
Sarmal Yaylar Yay gibi cisimler esnektir. Gererek ya da sıkıştırarak onların şekillerini değiştirebiliriz. Uyguladığımız kuvveti ortadan kaldırdığımızda ise yay eski hâline döner. 3
Sarmal Yaylarda Kuvvet Uzama İlişkisi Bir yaya kuvvet uyguladığımızda yay, kuvvetin büyüklüğüyle orantılı olarak uzar ya da sıkışır. 4
Sarmal Yaylar (Soru) Kuvvet uzama grafiği şekildeki gibi olan bir yayı 12 cm uzatabilmek için uygulanması gereken kuvvet kaç N dur? A) 25 B) 30 C) 60 D) 120 5
İŞ Günlük hayatımızda zihinsel ve bedensel faaliyetlerimizi anlatırken iş sözcüğünü kullanırız. Fizikte ise iş, kuvvet ile hareket arasında bir ilişkidir. İş, skaler bir büyüklüktür ve W ile gösterilir. Birimini formülden çıkaralım. W(İş) = F (Newton). X (Metre) W (İş) = Newton.Metre olur. Buna fizikte joule (J) denir. 6
İş Kuvvet İlişkisi - 1 Buzdolabına kuvvet uygulayarak onun yerini değiştirdiğimizde bir iş yapmış oluruz. Ancak aynı dolaba kuvvet uyguladığımız hâlde onun yerini değiştiremiyorsak yorulduğumuz hâlde bir iş yapmış sayılmayız. Niçin? Buna göre yandaki resimlerden hangisinde bir iş yapıldığını söyleyebiliriz? İş yapmış olabilmemiz için uyguladığımız kuvvetin yönü ile cismin aynı yönde yer değiştirmiş olması lazımdır. Buna göre kapı hareket ederken iş yapmış oluruz. 2. durumda kapı kuvvet sonucu yer değiştirme olmayınca iş yapmış olmayız. 7
İş Kuvvet İlişkisi - 2 İş formülündeki kuvvet miktarı arttıkça yapılan iş de artar. Yani, kuvvet ile iş doğru orantılıdır. Bu bilgi ile aşağıdaki resmi yorumlayalım. Hangi durumda iş daha fazladır? 8
İş Kuvvet İlişkisi - 3 İş formülümüzdeki kuvvet ile yol arasındaki ilişki de önemlidir. İş yapılabilmesi için cisme uygulanan kuvvetin hareketle aynı doğrultuda olması gerekir. Aksi takdir de fizikte ki anlamıyla bir işten bahsedemeyiz. Bu durumu aşağıdaki resimlerle yorumlayalım. A resminde kuvvet yukarı doğru iken hareket farklı yöne doğrudur. Diğer 1 ve 2 numaralı resimlerde ise çocuk kitabı alıp yukarı doğru kuvvet uygularken, kitabı da üst rafa koymaktadır Yani hareket ve kuvvet yönü aynıdır. Dolayısıyla, A resminde işten bahsedemezken; 1-2 numaralı resimlerde işten bahsedebiliriz. 9
İş Enerji - Sürtünme 10
İş (Soru) Sürtünmesiz yatay düzlemde durmakta olan cisim şekildeki kuvvetlerin etkisiyle x kadar yol alıyor. Buna göre, kuvvetlerin yaptığı toplam iş kaç F.x tir? A) 2 B) 3 C) 4 D) 6 11
Enerji İş yapabilme yeteneğine enerji denir. İş yapabilmek için enerji harcamak gerekir. Yaptığımız işin sonunda kendimizi yorgun hissetmemizde enerji harcadığımızın belirtisidir. İş birimleri ile enerji birimleri aynıdır. Yani joule dur. Enerji skaler bir büyüklüktür. Bazı enerji çeşitleri: Mekanik enerji (Kinetik ve potansiyel enerjinin toplamıdır.) Elektrik enerjisi Nükleer enerji Kinetik enerji Potansiyel enerji 12
Kinetik Enerji Cismin hareketinden (hızından) dolayı sahip olduğu enerjiye kinetik enerji denir. Cismin kütlesi (m) ve hızının karesi (v 2 ) ile doğru orantılıdır. Kinetik enerji E k ile gösterilir. 13
Kinetik Enerji (Soru) 5 m/s hızla hareket eden 4 kg kütleli cismin kinetik enerjisi kaç joule dür? A) 20 B) 40 C) 50 D) 100 14
Potansiyel Enerji Potansiyel enerjiye durum enerjisi de denir. Dalda duran elmanın, çatıda duran kiremitin, gerilmiş ya da sıkışmış yayın potansiyel enerjisi vardır. Bu potansiyel enerji iki kısımda incelenir: 1. Çekim Potansiyel 2. Esneklik Potansiyel 15
Çekim Potansiyel Enerjisi Yerçekimi kuvvetinin cisimlerde meydana getirdiği enerjidir. Cisimlerin bulundukları yükseklikten dolayı sahip oldukları depolanmış enerjiye çekim potansiyel enerjisi denir. Potansiyel enerji Ep ile gösterilir. 16
Esneklik Potansiyel Enerjisi Gerilen ya da sıkıştırılan yayda da enerji depolanır. Bu enerji esneklik potansiyel enerjisidir. 17
18
19
20
Enerjinin Korunumu Bir cisme dışarıdan etki eden kuvvet yoksa cismin mekanik enerjisi değişmez. Günlük dilde enerjinin harcanması ve tüketilmesi sıkça kullanılır. Aslında enerji yok olmayıp başka bir enerjiye dönüşmektedir. Yani, yukarıda duran elma potansiyel enerjiye sahipken, aşağı düştüğünde potansiyel enerjisi azalır, kinetik enerjisi artar. 21
Verim Bir makine genelde ürettiğinden daha fazla güç tüketir. İdeal bir sistemde sisteme harcanan enerji, elde edilen enerjiye eşittir. Bir sistemin verimi sistemden elde edilen enerjinin, sistemin harcadığı enerjiye oranıdır. 22
BASİT MAKİNELER Günlük hayatta bir işi daha kolay yapmak için tasarlanmış aletlere basit makineler denir. Birden fazla basit makine birleşerek birleşik makineleri oluşturur. Basit makineler kuvvetin yönünü, büyüklüğünü ve uygulama noktasını değiştirerek iş yapma kolaylığı sağlar. Hiçbir basitmakine işten kazanç sağlamaz. İdeal bir basit makinede kuvvetin yaptığı iş, yükün kazandığı enerjiye eşittir. 23
1. Kaldıraçlar a) Çift taraflı kaldıraç b) Tek taraflı kaldıraç 2. Makaralar a) Sabit makaralar b) Hareketli makara 3. Eğik düzlem 4. Vida 5. Çıkrık 6. Dişli 7. Kasnak 8. Kama Basit Makineler 24
1. Kaldıraçlar Sabit bir destek etrafında dönebilen çubuklardan oluşmuş sistemlere kaldıraç denir. Desteğin ortada, yük ve kuvvetin iki uçta olduğu kaldıraçlara çift taraflı kaldıraç denir. Desteğin uçta olduğu; yükün ortada, kuvvetin diğer uçta ya da kuvvetin ortada, yükün diğer uçta olduğu kaldıraçlara da tek taraflı kaldıraç denir. 25
Kaldıraç Çeşitleri 26
Kaldıraçlar (Soru) Ağırlığı önemsiz çubukla kurulan şekildeki kaldıraçta P yükü F kuvvetiyle dengelenmiştir. Buna göre F kuvveti kaç N dur? A) 25 B) 50 C) 100 D) 200 27
2. Makaralar Makaralar sabit ve hareketli olmak üzere ikiye ayrılırlar. 28
Sabit makara Sabit makaralar kuvvetten kazanç sağlamaz, sadece kuvvetin yönünü değiştirir. İp h kadar çekildiğinde yük h kadar yükselir. Yani doğru orantılı bir ilişki vardır. Özellikle inşaatlarda malzemeyi yukarı almak için kullanılır. 29
Sabit makara (Soru) Şekilde verilen makarada yük dengededir. Makaranın ağırlığı 4N olduğuna göre, makarayı tavana bağlayan ipte oluşan gerilme kaç N dur? A) 20 B) 24 C) 32 D) 36 30
Hareketli makara Hem dönebilen hem de yükselip alçalabilen makaradır. Makara yükle birlikte hareket eder. Yükün h kadar yukarı çekilmesi için 2h kadar ipin çekilmesi gerekir. Makara ağırlığı ve sürtünmeler önemsiz ise; 31
Hareketli makara (Soru) Makara ağırlıklarının 2N olduğu şekildeki sistemde F kuvveti kaç N dur? A) 5 B) 5,5 C) 6 D) 6,5 32
Palangalar Bu gördüğümüz sabit ve hareketli makaralardan oluşan karma sistemlere de palangalar denir. Kuvvet yönüne göre 2 çeşittir. Kuvvet yönü aşağı doğru ise, F = P / Yukarı doğru İp sayısı Kuvvet yönü aşağı doğru ise, F = P / Yukarı doğru İp sayısı 33
3. Eğik düzlem Ağır yükleri belli yüksekliğe kaldırmak zor olduğu zaman eğik düzlem yardımıyla yükten daha az bir kuvvet ile cisimler istenilen yüksekliğe çıkarılabilir. Sürtünmeler önemsiz ise, eğik düzlemde iş prensibi geçerlidir. Kuvvet. Kuvvet yolu = Yük. Yük yolu F.S = P.h Kuvvet yolu, kuvvete paralel olan S yolu, yük yolu ise, yüke paralel olan h yoludur. Kuvvetten kazanç sağlanır. Fakat aynı oranda yoldan kayıp olur. 34
35
Eğik düzlem (Soru) Şekildeki eğik düzlemde 45N luk yükü taşıyabilen F kuvveti kaç N dur? A) 20 B) 25 C) 30 D) 45 36
4. Vida Vida, iki yüzeyi birbirine birleştirirken, en çok kullanılan, basit makinelerden birisidir. Vidada iki diş arasındaki uzaklığa vida adımı denir. Vida başı bir tam dönüş yaptığında vida, vida adımı (a) kadar yol alır. N kez döndüğünde ise N. a kadar yol alır. Vidayı döndürmek için uygulanan F kuvvetinin yaptığı iş, vida tahtaya girerken R direngen kuvvetinin yaptığı işe eşittir. Vidanın baş kısmı daire olduğu için bir turda kuvvet yolu dairenin 2πr çevre uzunluğu kadar olur. İş prensibinden, Kuvvet. Kuvvet yolu = Yük. Yük yolu F. 2πr = R. a Kuvvet kazancı = P/F = 2πr/a 37
Vida (Soru) Vida adımı 4 mm olan bir vida 8 tam dönüş yaptığında saplandığı yüzeyde kaç cm ilerler? A) 1,2 B) 2,2 C) 3,2 D) 6,4 38
5. Çıkrık Merkezleri çakışık ve merkezlerinden geçen eksen etrafında dönen iki silindir ya da ortak eksenli bir silindir ve bir koldan oluşan düzeneklerdir. Yükün aldığı yol (h), çıkrığın devir sayısı (N) ile çıkrık silindirinin çevresine (2πr) bağlıdır. h = N. 2πr Çıkrığın çalışma prensibi kaldıracın ki ile aynıdır. Kuvvet. Kuvvet kolu = Yük. Yük kolu F.R = P.r 39
Çıkrık (Soru) Büyük silindirin yarıçapı küçük silindirinkinin dört katı olan şekildeki çıkrıkta 5N luk kuvvet ile taşınabilecek en büyük yük kaç N dur? A) 5 B) 10 C) 15 D) 20 40
6. Dişliler Dönme yönünü ve dönme hızını değiştiren, üzerinde dişer bulunan basit makinelerdir. 41
Dişliler (Soru) Yarıçapları sırasıyla r,3r,2r olan X, Y, Z dişlilerinden X ok yönünde 4 tur dönerse Z dişlisi hangi yönde kaç tur döner? A) 1 yönünde, 4 tur B) 1 yönünde, 6 tur C) 2 yönünde, 3 tur D) 2 yönünde, 6 tur 42
7. Kasnaklar Dişliler gibi dönme yönünü ve hızını değiştiren, birbirine kayışlarla bağlanan basit makinelerdir. Bağlanma yönü ters de olsa düz de olsa dişlilerde olduğu gibi tur sayısı (n), yarıçapla (r) ters orantılıdır. n 1. r 1 = n 2. r 2 Eş merkezli (en sağdaki) kasnaklarda ise tur sayıları ve dönüş yönleri aynıdır. n 1 = n 2 43
Kasnaklar (Soru) Şekildeki düzenekte X kasnağı ok yönünde 3 tur dönerse Y kasnağı hangi yönde kaç tur döner? A) 1 yönünde, 1tur B) 1 yönünde, 2 tur C) 2 yönünde, 3 tur D) 2 yönünde, 4 tur 44
8. Kama İki tane eğik düzlemin tabanlarından birleşmesiyle elde edilen düzenek kama olarak adlandırılır. Balta, bıçak, çivi ucu kamaya örnek gösterilebilir. Kamanın eğik düzlemden farkı, cisim duruyorken kamanın hareket etmesidir. 45
Ünitenin Kavram Haritası 46