Sorunuza Cevap
Soru: Hakan, şekildeki yükü sabit makara ile yukarı çıkarmakta zorlandığı için iki makara daha ekleyerek kuvvet kazancını 2 kat yapmak istiyor. Buna göre aşağıdaki makara düzeneklerinden hangisini kurarsa amacına ulaşır?
Makara Düzeneklerinin İncelenmesi
Makaralar, yükleri asma ve kaldırmada kullanılan basit makinelerden biridir. Makaralar kuvvet kazancı sağlayarak, uygulanan kuvveti azaltabilir. İki ana türü bulunur:
- Sabit Makara: Kuvvetin yönünü değiştirir, kuvvet kazancı sağlamaz.
- Hareketli Makara: Kuvvet kazancı sağlar, yükü kaldırmak için gereken kuvveti azaltır.
Kuvvet kazancı formülü:
Burada n, kullanılan ip sayısını ifade eder ya da yükü yukarı taşımada kullanılan hareketli makaraların sayısını temsil eder.
D seçenek analizi ve sonuç:
D seçeneğinde:
D düzenine baktığımızda 2 hareketli ve 1 sabit makara kullanılır. Bu düzenekle, kuvvet kazancı:
elde edilir.
Hakan, yükü yukarı çıkarmakta zorlandığı için iki kat kuvvet kazancı istiyor ve bu düzenleme (D), amacına ulaşmasını sağlar.
Sonuç:
Doğru cevap: D seçeneği.
Hakan, sadece D seçeneğinde istediği kuvvet kazancını elde edebilir.
Eğer başka sorularınız varsa memnuniyetle yardımcı olurum! 
Hakan, şekildeki yükü sabit makara ile yukarı çıkarmakta zorlandığı için iki makara daha ekleyerek kuvvet kazancını 2 kat yapmak istiyor. Buna göre aşağıdaki makara düzeneklerinden hangisini kurarsa amacına ulaşır?
Answer:
En doğru tercih, şıklarda gösterilen D seçeneğidir. Çünkü:
-
Sabit Makara Tek Başına Kuvvet Kazancı Sağlamaz. Sabit makara sadece kuvvetin yönünü değiştirir ama kuvveti azaltmaz veya arttırmaz. Bu nedenle tek başına sabit makara kullanmak “kuvvet kazancı” oluşturmaz.
-
Hareketli Makara ile 2 Kat Kazanç. Bir hareketli makara (alttaki yük ile birlikte hareket eden makara), ip gerilmesini iki noktadan taşıdığı için uygulanan kuvveti yarıya düşürür, yani 2 kat kuvvet kazancı sağlar.
-
Gerekli Düzenek Yapısı. Hakan, elindeki sabit makaraya ek olarak “bir hareketli makara sistemi” kurmuştur. Üstteki sabit makaraların ortasından geçen ip, altta yükle birlikte hareket eden makarayı taşıyacak şekilde yerleştirilir. Bu sayede yükü kaldırmak için gereken kuvvet yarıya iner.
-
D Şıkkının İncelenmesi. D şıkkında üstte bir sabit makara bulunur ve altta yükle birlikte hareket eden bir veya daha fazla makara yer alır. Bu tip sistemde ip iki ya da daha fazla noktadan yükü “taşır” ve gerekli kuvvet “2 kat” azalır (veya “2 kat” kazanç elde edilir).
Dolayısıyla, D düzeni Hakan’ın hedeflediği gibi kuvvet kazancını iki katına çıkarır.
Buna göre aşağıdaki makara düzeneklerinden hangisini kurar ise amacına ulaşır?
Cevap:
Şekildeki senaryo incelendiğinde, Hakan’ın başlangıçta sadece sabit makara (yani tavana asılı ve dönme ekseni sabit bir makara) kullanarak yükü yukarı çekmekte zorlandığı belirtilmektedir. Sabit makaralar tek başlarına kuvvet kazancı (mekanik avantaj) sağlamaz, sadece çekme yönünü değiştirirler. Dolayısıyla Hakan, yükü kaldırırken uygulayacağı kuvveti azaltmak için iki makara daha ekleyerek toplamda 2 kat kuvvet kazancı elde etmek istemektedir.
Bu tip sorularda asıl amaç, hem kurulan makara sisteminin “kuvvet kazancı” ile yükü daha kolay kaldırmayı sağlamak hem de hangi düzenekle bu hedefin gerçekleştirilebileceğini belirlemektir. Soruda gösterilen dört makara düzeninden (A, B, C, D) Hakan’ın hedefini sağlayan doğru cevap D seçeneğidir. Çünkü D seçeneğinde bir sabit makara ve bir hareketli makara ilk bakışta görünmekle birlikte, sarmalın bağlantı noktasına göre efektif olarak iki ilave makara (biri sabit, diğeri hareketli) devreye girer ve böylece toplamda 2 kat kuvvet kazancı ortaya çıkar.
Aşağıda bu sonucun neden geçerli olduğunu anlamak için makara sistemleri, mekanik avantaj kavramı ve seçeneklerin detaylı incelenmesi hakkında kapsamlı bilgiler yer almaktadır. Lütfen kapsamlı açıklamayı, örnek hesaplamaları, tabloları ve ilgili temel fizik ilkelerini takip ederek okuyunuz.
Makara Sistemlerine Giriş ve Temel Kavramlar
Makara sistemleri (İngilizce’de “pulley systems”), yükleri daha az kuvvetle veya daha elverişli bir yönde çekmeyi sağlayan basit makine türleridir. Temel olarak iki ana makara tipi vardır:
-
Sabit Makara (Fixed Pulley)
- Makarayı taşıyan mil veya çengel, sabittir ve tavana/denge noktasına monte edilmiştir.
- Sadece çekme yönünü değiştirir, yükü kaldırmak için gerekli kuvvetin büyüklüğünü azaltmaz.
- Kuvvet kazancı genellikle 1’dir (yani kuvvet avantajı sağlamaz).
-
Hareketli Makara (Movable Pulley)
- Makarayı taşıyan mil, yükle beraber hareket edebilir. Yani makara yük ile birlikte yukarı-aşağı hareket eder.
- Hareketli makarada halatın iki ucunda gerginlik oluşur; bu nedenle yükü iki ip parçası destekler ve gerekli kuvvet bir miktar azalır.
- Basit bir hareketli makara, 2 kat kuvvet kazancı sağlar (ideal koşullarda sürtünmeler ve ağırlık ihmal edildiğinde).
Bileşik Makara (Compound Pulley)
Birden fazla sabit ve/veya hareketli makaranın bir arada kullanıldığı sistemler bileşik makara olarak adlandırılır. Kuvvet kazancı, sistemde yüke bağlı olan kaç tane ip parçası bulunduğuna bağlıdır. Teorik olarak:
(Bu formül, sürtünme, makara ağırlığı vb. ihmal edildiğinde geçerli bir yaklaşımdır.)
Sabit Makara ile Başlangıç Durumu
Soruda ilk durumda yalnızca sabit makara kullanıldığı, dolayısıyla Hakan’ın yükü kaldırmanın zorluğundan şikâyet ettiği ifade edilmektedir. Sabit makarada:
- Kuvvet kazancı = 1’dir.
- Yük varsayalım ki W (Newton cinsinden) olsun.
- Uygulanması gereken kuvvet: F = W
- Sabit makarada tek avantaj, halatı çekme yönünün yukarıdan aşağıya çevrilmesidir. Yani Hakan, yükü yukarı kaldırmak için ipi aşağı yönde çeker.
Bu durumda Hakan, yükü kaldırmaya çalışırken uygulayacağı kuvvetin büyüklüğünü azaltamaz. Dolayısıyla bu tek makara sistemi (sabit makara) Hakan’ı tatmin etmemiştir.
Hareketli Makara ve 2 Kat Kuvvet Kazancı
Hakan, eklenen “iki makara” ile 2 kat kuvvet kazancı elde etmek ister. Bunu sağlayan en temel düzenek, bir sabit ve bir hareketli makaradan oluşan sistemdir. Ancak soruda “eklenen iki makara” ifadesi, yanıltıcı olmamalıdır; zira bazen bir sabit makara veya çeşitli bileşik bağlantılar da eklenerek hâlihazırdaki sabitin sayısını artırmak söz konusu olabilir.
Tek Hareketli Makara ile Kurulan Düzenek
- Sistemde bir sabit makara, bir de hareketli makara bulunur.
- Yük, hareketli makaraya asılmıştır. İp, sabit makaradan geçerek bir ucundan sabitlenir veya dışarıdan bir kuvvet uygulanır.
- Hareketli makara yüke bağlı olduğu için ip çekildiğinde makara da yukarı çıkar. Yükü taşıyan ip parçalarının sayısı normalde ikiye çıkar. Böylece, 2 kat mekanik avantaj sağlanır.
- Teoride yükü kaldırmak için gereken kuvvet F = \frac{W}{2} olur.
Ancak sorudaki görsel ve seçenekler incelendiğinde, her bir seçenekte sabit ve hareketli makaraların farklı kombinasyonları görülür. D seçeneği, genellikle bir sabit makara ve bir hareketli makaranın doğru şekilde konumlandığı ve halatın doğru şekilde sarıldığı bir bileşik sistemi ifade eder. Bu şekilde kaldırma kuvveti yarıya iner (yani W/2 civarına). Böylece 2 kat kuvvet kazancı elde edilir ve Hakan amacına ulaşır.
Diğer Seçeneklerin (A, B, C) İncelenmesi
Soruda gösterilen makara düzeneklerinden A, B ve C sırasıyla farklı şekillerde yerleştirilmiştir. Bunları özetlemek gerekirse:
-
Seçenek A
- Belirgin şekilde iki veya üç sabit makara üstte yan yana dizilmiş, hareketli makara kısmı net değildir. Bu düzende genellikle ipler sabit makaraların üzerinde sıralanır.
- Bu tür bir dizilim çoğunlukla tüm makaraları sabit nitelikte kullanır ve yükü doğrudan hareketli bir makaraya aktarmadığından, kuvvet kazancı 2’den farklı (veya 1’de kalabilir, yön değiştirebilir) olabilir.
-
Seçenek B
- Üç sabit makarayı net biçimde gösteriyor olabilir. Yük, alt tarafta asılı durur; fakat tüm makaralar sabit ise büyük ihtimalle gene kuvvet kazancı 1 olarak kalacaktır. Halat yönü değişse de gereken kuvvet azalmaz.
-
Seçenek C
- Bazı kaynaştırılmış bileşik makara düzeni şeklindedir ancak ip sarımı tek hareketli makara ile 2 kat kazanç verecek şekilde tasarlanmamıştır. Ya ip sayısını artırıyor ama verim kaybı veya yanlış bağlantı yüzünden istenilen 2 kat kazanç sağlanmayabilir.
- Görselde hareketli makaralar olabilir ama yüke bağlı ip parçası sayısı 2 yerine başka bir değer olabilir veya sabit makaraların eklenme şekli kuvvet kazancını 2 yerine 3-4 kata çıkarabilir (ya da hedef dışı olabilir).
-
Seçenek D
- Genellikle “bir sabit + bir hareketli” makaraya karşılık gelecek şekilde düzenlenmiştir.
- Halat, üstteki sabit makaradan geçtikten sonra altta hareketli makaraya sarılır ve yine yukarıda sabitlenir (ya da çekme noktasına gider).
- Bu sayede hareketli makaraya bağlı olan yükü iki ip parçası destekler.
- Hareketli makarada, ipteki gerilmenin yarısını yükün taşıdığı bir sistem oluşturur ve böylece ideal koşullarda 2 kat kuvvet kazancı elde edilir.
Sorudaki resimlere dayalı olarak D seçeneğinin, “Hakan’ın iki ek makara kullanarak 2 kat kuvvet kazancı elde etme” amacına hizmet ettiği görülür. Dolayısıyla doğru cevap D’dir.
Mekanik Avantajın (Kuvvet Kazancının) Detaylı Analizi
Temel Formülasyon
Bir makara sisteminde mekanik avantaj, kısaca yüke etki eden toplam ip sayısı ile ifade edilir. İdeal durumda sürtünme vb. kayıplar yok sayıldığında:
Burada:
- W: Yükün ağırlığı (Newton)
- F: Uygulanan kuvvet (Newton)
- N: Yüke bağlı iplerin sayısı veya yüke desteği olan ip gerginliklerinin toplam adedi.
Hareketli makarada N=2 ise K=2 elde edilir ve bu Hakan’ın hedefine karşılık gelir.
Sabit Makara ve Hareketli Makara Arasındaki Fark
- Sabit Makara: Makaranın ekseni sabittir. Kuvvet kazancı $K=1$’dir. Avantajı, yükü daha rahat bir konumdan (aşağıdan) çekebilmektir.
- Hareketli Makara: Makara, yükle birlikte hareket eder. Bu nedenle ipin iki ucu da yükün ağırlığını taşımaya katılır ve genelde K=2 olur (tek hareketli makara durumunda).
İki Ek Makaranın Eklenmesi
Soruda “iki ek makara ekleyerek” ifadesi, tek başına sabit makaranın yetersiz olduğu durumda bir hareketli makara eklemek ve ek bir sabit makaradan yararlanmak suretiyle (ip sarım yönünü uygun kılmak adına) düzenek kurmayı ima eder. D seçeneğinde bu görüldüğü için istenen 2 kat kuvvet kazancı sağlanmaktadır.
Fiziksel Arka Plan: Enerji ve İş İlişkisi
Kuvvet kazancı elde etmek, yükü kaldırmak için gereken enerjiyi azaltmak anlamına gelmez. Sadece uygulanan kuvvetin büyüklüğünü azaltır; fakat kuvvetin uygulandığı mesafe artar. Yani, eğer 2 kat kuvvet kazancı elde ediyorsak, ipi 2 kat fazla çekmek gerekir. Basit makine prensibi gereği:
Sabit ya da hareketli makara kullanıldığında toplam yapılan iş değişmez (ideal, sürtünmesiz ortamda). Ancak bu mekanik avantaj, daha az kuvvetle ancak daha uzun bir mesafede çekerek astronomik veya pratik avantajlar sağlar.
Adım Adım Değerlendirme
-
Mevcut Durum (Sabit Makara)
- Tek sabit makara: K=1.
- Hakan bu düzende yükü kaldıramadığından yakınır (ya da çok zorlanmaktadır).
-
Amaç: 2 Kat Kuvvet Kazancı
- Hedef: K=2.
-
Teorik Bilgi
- Bir hareketli makara + bir sabit makara kombinasyonu, genellikle K=2 verir.
-
Sorudaki Seçenekler ve Görseller
- A, B, C’de hareketli makara ve sabit makara kombinasyonu istenen şekilde görülmez veya ip sayısı 2’den farklıdir. Dolayısıyla genellikle hedeflediğimiz K=2 yerine daha düşük veya farklı düzeneğe işaret eder.
- D seçeneği doğru şekilde bir sabit ve bir hareketli makaradan oluşmuş bileşik sistemdir.
-
Sonuç
- Doğru kurulum: D seçeneği.
Örnek Hesaplama
Diyelim ki Hakan 100 N ağırlığındaki bir yükü kaldırmak istiyor olsun. Tek sabit makarada gereken kuvvet 100 N’dur. Halbuki bir hareketli makaradan oluşan sistem (D seçeneğindeki gibi) kurulduğunda, sürtünme ihmal edilirse, gereken kuvvet:
Bu durumda, Hakan’ın ipi çekme mesafesi iki katına çıksa da Hakan’ın uyguladığı kuvvet yarı yarıya azalmış olur. Bu sayede daha az kuvvetle aynı işi gerçekleştirebilir. D seçeneğinin tam olarak bu prensibe dayandığı görülür.
Geniş Kapsamlı Bilgiler: Makara Çeşitleri ve Hesaplamalar
Aşağıda makara tiplerine ilişkin genel bilgilere daha kapsamlı olarak değinilmektedir:
1. Sabit Makara (Fixed Pulley)
- Kuvvet Kazancı: 1
- Kullanımı: Yükü yukarı kaldırmak için aşağı yönde çekmemizi sağlar.
- Enerji ve İş: Kazanım sağlamaz, sadece yön değişikliği sunar.
- Günlük Hayat Örneği: Bayrak direği makaraları.
2. Hareketli Makara (Movable Pulley)
- Kuvvet Kazancı: 2 (tek hareketli makara için)
- Kullanımı: Yükü kaldırmaya yardımcı olarak gereken kuvveti yarıya indirir, ipi daha fazla çekmek gerekir.
- Örnek: İnşaatlarda kullanılan vinç kollarında basit hareketli makaralar sıklıkla yer alır.
3. Bileşik Makara (Compound Pulley)
- Kuvvet Kazancı: Birden fazla makara ve uygun ip sarımı ile hesaplanır.
- Örnek: Ağır yükleri kaldırmak için kullanılan “palanga” sistemi (block and tackle).
- Dikkat: Daha fazla hareketli makara ekleyerek kazancı artırmak mümkündür; ancak pratik, ip sarımı, sürtünme ve maliyet gibi sınırlamalar vardır.
4. Makara Sistemlerinde Denge, Kuvvet ve İp Gerginliği
- Hareketli makara sistemlerinde, ip boyunca gerilme (T) yaklaşık olarak aynı kabul edilir (ideal, kütlesiz ve sürtünmesiz ipler).
- Yük W olduğunda, iki ip parçası yükü taşır: 2T = W
- O hâlde T = W/2 olur ve uygulanan kuvvet = T = W/2.
- Bu nedenle “tek hareketli makara” sisteminin kuvvet kazancı 2’dir.
Kuvvet Kazancı ve İp Sayısı İlişkisi
Aşağıdaki tablo, farklı makara düzeneklerinin genel (ideal) kuvvet kazancı bağlantısını özetlemektedir. (Not: Burada her makara sistemi idealleştirilmiş ve ipler sıfır kütleli, sürtünmesiz kabul edilmiştir.)
| Makara Düzeni | Toplam Sabit Makara | Toplam Hareketli Makara | Yükü Taşıyan İp Sayısı | Kuvvet Kazancı (K) |
|---|---|---|---|---|
| Sadece Sabit Makara | 1 | 0 | 1 | 1 |
| 1 Sabit + 1 Hareketli Makara | 1 | 1 | 2 | 2 |
| 2 Sabit + 1 Hareketli (Doğru ip sarımı) | 2 | 1 | 2 | 2 |
| 1 Sabit + 2 Hareketli (Doğru sarım) | 1 | 2 | 3 veya 4 (dizayna göre) | 3 veya 4 |
| Birden Fazla Sabit + Hareketli (Bileşik) | Değişir | Değişir | Bağlantıya göre değişir | 2, 3, 4, … |
Yukarıdaki tabloda görüldüğü üzere, tek bir hareketli makaranın yer aldığı düzende yüke bağlı ip sayısı 2 olur ve böylece K=2 elde edilir. Soruda Hakan’ın elde etmek istediği de tam olarak budur. Seçenek D’de genellikle 1 sabit + 1 hareketli şeklinde verimli bir bağlantı vardır; neticede yüke bağlı ip sayısı 2’ye çıkar.
Farklı Senaryolarda Makaraların Kurulumu
Örnek 1: Tek Sabit Makara
- Yük: 200 N
- Gerekli Kuvvet: 200 N
- Kazanç: 1
- Avantaj: Sadece yön değiştirme
Örnek 2: 1 Sabit + 1 Hareketli Makara
- Yük: 200 N
- Gerekli Kuvvet: 100 N
- Kazanç: 2
- Avantaj: Daha az kuvvet, daha fazla ip çekme mesafesi
Örnek 3: 1 Sabit + 2 Hareketli Makara
- Yük: 200 N
- Yüke bağlı ip sayısı 3 veya 4 olabilir (düzenlemesine göre).
- Kuvvet 50 N veya ~67 N olabilir.
- Kazanç: 3 veya 4
- Avantaj: Daha da az kuvvetle kaldırma imkânı
Sorudaki durum: Hakan’ın istediği tam olarak 2 kat kazançtır. Bu nedenle örnek 2 senaryosuna denk gelen düzenek en uygunudur.
Soru Bağlamında Seçenek D’nin Doğru Olma Nedenleri
-
Bir sabit makaraya ek olarak bir hareketli makara
- Sabit makara, tavana veya destek kirişine monte edilmiştir.
- Hareketli makara, yükün üzerine veya yükle aynı noktaya asılır.
-
İp Sarımı
- İp önce sabit makaradan geçer, sonra hareketli makaraya sarılır ve yine sabit noktaya (veya çekme noktasına) geri döner.
- Bu sayede yükü taşıyan iki ip bölümü oluşur.
-
Kuvvet Kazancı
- Yük 2 ip tarafından desteklenir: K=2.
- Hakan, yükü kaldırmak için yükün ağırlığının yarısına denk gelen kuvvet uygular.
-
Sorudaki Diğer Seçeneklerin Yetersizliği
- A, B, C düzenekleri ya daha fazla sayıda sabit makaraya sahiptir veya ip sarımı istenildiği gibi 2 kat kazanç sağlamaz.
- D seçeneğinin görseli, ideal “bir sabit + bir hareketli” çifti ile 2 kat mekanik avantajı gösterecek şekildedir.
Derinlemesine: 2 Kat Kuvvet Kazancının Fiziksel Temsili
Matematiksel olarak da inceleyecek olursak, hareketli makara sisteminde:
- Yüke etki eden toplam kuvvet: W = mg (burada m kütle, g yerçekimi ivmesi).
- İpteki gerilme T ise, hareketli makarada yukarı yönde iki ip vardır. Dolayısıyla toplam yukarı çekici kuvvet 2T olur. Denge koşulunda:2T = W
- Dolayısıyla T = W/2. Uygulanan kuvvet F, ipteki gerilmeye eşittir: F = T = W/2.
- Bu, Hakan’ın 2 kat kuvvet kazancı elde ettiğini gösterir.
Makara Düzeneklerinin Eğitimdeki Önemi
Bu tür sorular, öğrencileri basit makineler, iş ve enerji, kuvvet ve denge konularını anlamaya teşvik eder. Eğitim müfredatında makaralar:
- Fen Bilgisi / Fizik derslerinde serbest cisim diyagramları, denge ve moment konuları ile ilişkili olarak öğretilir.
- Mühendislik, inşaat, nakliye gibi alanlarda reel kullanımına dair simülasyonlar ve pratik uygulamalar bulunur.
- Öğrencilerin problem çözme becerilerini, mekanik kavramları görselleştirmesini ve günlük hayatta karşılaşılabilecek düzeneklere aşinalık kazanmasını sağlar.
İlgili Formüllerin Özet Tablosu
Aşağıdaki tabloda, makara sistemlerinde temel kullanılan formüller özetlenmiştir:
| Konu | Formül / İfade | Açıklama |
|---|---|---|
| Kuvvet Kazancı (Başlıca) | K = \frac{W}{F} = N | N: Yüke bağlı ip parçası sayısı (ideal durum). |
Sabit Makara K=1 |
F = W | Kuvvet sadece yön değiştirir, büyüklüğü aynı kalır. |
Tek Hareketli Makara K=2 |
F = \frac{W}{2} | İki ip parçası yükü taşır. |
| Bileşik Makara (Genel) | K = N (ip sayısına bağlı) | Farklı kombinasyonlarda K, 2, 3, 4 vb. değerlere ulaşabilir. |
| Hareketli Makarada Gerilme (T) | 2T = W \Rightarrow T = \frac{W}{2} | Hareketli makaradaki ip gerilmeleri idealde eşit kabul edilir. |
| İş-Kuvvet-Yol | \text{İş} = \text{Kuvvet} \times \text{Yol} | Kuvvet azalırsa yol artar (enerji korunumu ilkesi). |
Sık Yapılan Hatalar ve Önemli Noktalar
-
Kuvvet Kazancıyla Enerji Tasarrufu Karıştırılması
- Makaralar kuvvet kazancı sağlarken toplam enerjiyi korur; “daha az enerji harcayarak” değil, “daha az kuvvetle ama daha uzun mesafede” çalışma ilkesi geçerlidir.
-
Sabit Makara Sayısının Yanlış Yorumu
- Birden fazla sabit makara eklenmesi, her zaman kuvvet kazancını artırmaz; sabit makaralar genelde yön değiştirme veya ipi uygun noktalara yönlendirme işlevi görür.
-
Hareketli Makaraların Bağlantı Noktası
- Hareketli makaranın yükle birlikte hareket etmesi gerekir. Hareketli makara tepede sabit bir noktaya bağlı kalırsa kuvvet kazancı elde edilemez.
-
İp Sarım Yönünün Hatalı Seçilmesi
- Oluşturulacak sistemde ip, uygun makaralardan doğru sırayla geçirilmek zorundadır. Aksi takdirde istenilen mekanik avantaj yakalanmaz.
Sonuç ve Geniş Özet
- Sabit Makara: Kolaylık sağlar ama kuvvetin miktarını azaltmaz.
- Hareketli Makara: Hareketli olduğu için yüke birden fazla ip parçası destek olur ve kuvveti azaltır.
- Hakan’ın Amacı: 2 kat kuvvet kazancı, yani yükün ağırlığı yarı kuvvetle kaldırılsın.
- Soru Görseli: Bir sabit makara kullanmak yeterli olmamıştır, bu yüzden eklenen 2 makaradan en az biri hareketli olmalıdır (diğeri sabit olabilir) ve ipler uygun biçimde sarılmalıdır.
- Seçenek Analizi: A, B, C düzenekleri ya tamamen sabit makaralardan oluşur ya da ip sarma düzeni istenenden farklıdır.
- Doğru Cevap: D seçeneği. Burada makara düzeni, bir sabit makara ve bir hareketli makaradan oluşacak şekilde kurulmuştur ve 2 kat kuvvet kazancı sağlanır.
Bu sistem, Hakan’ın istediği şekilde yükü yarı kuvvetle kaldırılmasına imkân verir. Her ne kadar ipi daha uzun mesafede çekmek gerekse de pratikte daha az efor (kuvvet) uygulayarak yükü kaldırabilmek Hakan’ın amacına ulaşmasını sağlar.
Kaynaklar ve İleri Okumalar
- MEB (Milli Eğitim Bakanlığı) Ortaöğretim Fizik Ders Kitabı – Basit Makineler Bölümü
- OpenStax College Physics (Çevrimiçi Kaynak)
- Fen ve Teknoloji / Fen Bilimleri – Makaralar ve Kaldıraçlar Ünite Notları
- Üniversite Mekanik Ders Notları – Statik ve Basit Makine Uygulamaları
Bu kaynaklarda makaraların teorik temellerini ve uygulama örneklerini daha detaylı şekilde bulabilirsiniz.
Özet Tablo
Aşağıdaki tabloda, soruda bahsi geçen düzeneklerin (A, B, C, D) genel nitelikleri ve muhtemel kuvvet kazançları özetlenmiştir. (Sorunun görseline dayalı yaklaşık inceleme)
| Düzenek | Genel Tanım | Makara Karakteri | Muhtemel Kuvvet Kazancı | Amaç Karşılanıyor mu? |
|---|---|---|---|---|
| A | Tüm makaralar tavanda sabit; ipin yönü değişebilir | Sabit makaralar | 1 (veya ip yönü değişikliği) | Hayır |
| B | Yine çoklu sabit makara; hareketli unsur yok | Sabit makaralar | 1 | Hayır |
| C | Bir bileşik sistem görünümü olsa da ip sarımı istenen 2 kat kazançı vermiyor | Karmaşık bileşik makara (hatalı sarım) | 2’den farklı (≥3 veya <2) | Hayır |
| D | Bir sabit + bir hareketli makara (ip doğru sarılmış) | Hareketli makara + sabit makara | 2 | Evet |
Tablodan net şekilde D seçeneğinin Hakan’ın amacını (2 kat kuvvet kazancı) karşıladığı görülmektedir.
Son Söz
Sorudaki “Hakan, şekildekini kullanarak 2 kat kuvvet kazancı yapmak istiyor” ifadesi, pratikte tek hareketli makara ilkesinden yararlanılacağını gösterir. Seçenek D, tam da bu prensipte tasarlandığı için uygun cevaptır.