Basit Makineler ve Kuvvet Analizi Soru
Soru: Basit makinelerin bir arada kullanılması ile bileşik makineler oluşturulabilir. Aşağıda verilen bileşik makinede P yükü bir kuvvet ile yerden kaldırılmıştır. Buna göre:
I. Sistemde iki tane sabit makara vardır.
II. Eğim düzlemin boyu 3 metreden daha uzun yapılırsa daha küçük kuvvet ile P yükü kaldırılabilir.
III. Destek yüke yaklaştırılırsa P yükünü daha küçük bir kuvvet ile kaldırabiliriz.
Yukarıdaki yargılardan hangileri doğrudur?
A) Yalnız I
B) I ve III
C) II ve III
D) I, II ve III
Cevap: C) II ve III
Ayrıntılı Açıklama
Basit makinelerin bir arada kullanılmasıyla elde edilen bileşik makinelerde, farklı basit makine türlerinin sağladığı avantajlar birbiriyle etkileşime girer. Sorudaki şekilde hem eğik düzlem hem de makaralardan yararlanıldığı gözlenmektedir. Bu düzeneğin temel amaçlarından biri, P yükünü daha az kuvvet harcayarak yerden kaldırmaktır. Aşağıda, her bir ifadeyi tek tek ele alarak hangi ifadelerin doğru olduğunu açıklıyoruz:
1. Sistemde iki tane sabit makara vardır.
Bir sistemde birden fazla makara olabilir; ancak sabit makaraların sayısı, görseldeki konumlarına bağlıdır. Çoğunlukla, sabit makara olarak adlandırılan makara, hareket etmeyen bir eksene bağlıdır ve yalnızca yön değiştirme avantajı sağlar. Görsel incelendiğinde, üst kısımda tek bir sabit makara bulunduğu anlaşılmaktadır. Destek olarak gösterilen nokta ise birebir makara işlevi taşımayan, sadece bir dayanak noktası (pivot) görevi gören kısımdır. Dolayısıyla sistemde iki sabit makara olduğu söylenemez. Bu nedenle I. ifade geçersizdir.
2. Eğim düzlemin boyu 3 metreden daha uzun yapılırsa daha küçük kuvvet ile P yükü kaldırılabilir.
Bir eğimli düzlem (rampamız) ne kadar uzun olursa, aynı ağırlığı yukarı kaldırmak için gereken kuvvet o ölçüde azalır. Bunun sebebi, eğik düzlemin normal kuvveti küçültmesi ve kuvveti daha uzun bir yola yaymasıdır. Temelde, eğik düzlemin uzunluğu arttıkça, yükü kaldırmak için gerekli kuvvet azalır (ancak kuvvetin uygulanma mesafesi artar). Soruda verilen 3 metrelik rampayı daha da uzun hale getirmek, aynı işi (P yükünü kaldırmak) daha küçük bir kuvvetle gerçekleştirmeyi mümkün kılar. Bu nedenle II. ifade doğrudur.
3. Destek yüke yaklaştırılırsa P yükünü daha küçük bir kuvvet ile kaldırabiliriz.
Bu ifade, kaldıraç prensibi kapmasında değerlendirilebilir. Kaldıraçlarda dayanak noktasını (destek) yüke yaklaştırmak, yük kolunu kısaltırken kuvvet kolunu uzatmaktadır. Kaldıraçlarda moment dengesi için:
Eğer dayanak noktası yüke yaklaşırsa, “Yük Kolu” kısalır ve eşitliği korumak için “Kuvvet Kolu” büyür. Böylece gereken kuvvet azalır. Bu nedenle III. ifade doğrudur.
Sonuç
Üç ifadeyi birlikte değerlendirdiğimizde:
- I. ifade (İki tane sabit makara olması) → Yanlış
- II. ifade (Rampayı uzatmak kuvveti azaltır) → Doğru
- III. ifade (Desteği yüke yaklaştırmak kuvveti azaltır) → Doğru
Dolayısıyla sorudaki doğru seçenek, II ve III ifadesini içeren C) II ve III şeklindedir.
Örnek Bir Tablo ile Özet
| İfade | Doğruluk Durumu | Açıklama |
|---|---|---|
| I. Sistemde iki tane sabit makara vardır. | Yanlış | Tek sabit makara gözlenir, destek (pivot) makara görevi görmez. |
| II. Eğim düzlemi uzarsa gerekli kuvvet azalır. | Doğru | Eğik düzlem uzunluğu artarsa, aynı işi daha küçük kuvvetle yapmak mümkündür. |
| III. Destek yüke yaklaştırılırsa gereken kuvvet daha da azalır. | Doğru | Kaldıraç mantığında, dayanak noktasının yüke yaklaşması kaldırma kuvvetini düşürür. |
Bu değerlendirmeler ışığında doğru yanıtın C) II ve III olduğu görülür.