Kaldıraçlar ve kamalar
İnsanoğlu günümüzde saatler, çamaşır makinaları ve öteki ev araçlarından, bilgisayarlara, hava yastıklı taşıtlara ve uzay araçlarına kadar varan, çeşitli makinalarla çevrilidir. Bütün makinalar, şu yada bu biçimde «emek tasarrufu» sağlayan araçlardır. Yaygın kullanımı olan bu tanım aynı zamanda bilimseldir. Bir bilim adamına göre makina, mekanik yarar sağlayan araçtır. Başka bir deyişle makina bir yükü kaldırma yada hareket ettirmede sınırlı bir çabanın yararlı olmasına elveren araçtır. Bir ma-kinanın mekanik verimi, direnç bolü güçtür. Bu anlamda en basit makinalar, birçok karmaşık maki nada binlercesi kullanılan kaldıraç, kama ve vidalardır.
Çabanın Büyütülmesi
Kaldıraçların yüzlerce kullanımı vardır; el manivelası, kürek, tornavida, makas, tahteravalli ve el arabasında hep çeşitli kaldıraç kullanılır (1). Bunların temel işlevi yükü kaldırmayı kolaylaştırmak için gücün büyümesini sağlamaktır. Her kaldıraç, dayanak noktası adı verilen bir mil ucuna tutturulur. Kaldıracın mekanik verimini, direnç 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 tah teravalliye oturtmaktr. Eğer adam dayanak noktasına yakın oturursa, öteki tarafın en ucunda oturan çocuğun ağırlığı onu kaldırmaya yeter. Ancak, adamın çıktığı mesafe çocuğun indiği mesafeden az olur. Bununla birlikte, bu yöntemle yük kaldırılır. Bu nedenle Yunan matematikçisi Arkhimedes’in (M.Ö. 287212) «Bana üstünde duracak sağlam bir yer verin, dünyayı kaldırayım» demesine şaşılmamalıdır.
Hareketsiz bir tahteravallinin (ve dirençle gücün birbirini dengelediği her türlü kaldıraçların) durumuna, denge durumu denir. Böyle durumlarda, direncin, dayanak noktasından yatay uzaklığıyla çarpımı, gücün dayanak noktasından yatay uzaklığıyla çarpımına eşittir. Yukarda verilen örnekteki çocuk,
12,5 kg ağırlığındaysa ve dayanak noktasından 3 m uzaklıkta oturuyorsa, öteki uçta dayanak noktasından 0,5 m uzaklıkta oturan 75 kg ağırlığındaki adamı tam olarak dengeler (12,5×3=75×0.5=37.5).
Bu örnekteki mekanik verim (direnç bölü güç) yani 75 bölü 12.5 6’ya eşittir. Bu verim, dayanak nok-
tasına gücün uzaklığını, direncin dayanak noktasından uzaklığına bölerek de hesaplanabilir; bu örnekte, 3 bölü 0,5 gene 6’ya eşittir.
Direncin uzaklıkla çarpımına, direncin momenti (ki bu bir kuvvettir) denir. Denge durumunda, direnç tarafındaki moment güç tara-fındakine eşittir. Eğer bir moment ötekinden büyük olursa, bir döndürme kuvveti oluşur ve tahteravallinin o ucu aşağı iner.
Rampa ve Kamaların Kullanımı
Eski Mısırlılar pira aitleri, vada Tunç devri insanları Stonehnnge’i yaparken, dev taşları 1 irk etre yüksekliğe kaldırma sorunı karşılaştılar. Ağır bir nesnej imli bir yerde yukarı itmenin, dog> udan kaldırmaktan çok daha kolay olduğunu bildikleri için, büyük olasılıkla taşları yukarı sürükledikleri (belki ağaç gövdesinden silindirler üstünde) uzun toprak rampalar vaotılar. İş bittikten sonra rampalar kaldırılıyordu. Fizikçiler, böyle bir ••ampaya «eğik düzlem» derler.
10 tonluk bir kütleyi dikey ola rak kaldırmak 10 tonluk bir çaba gerektirir. Ama sürtünme hesaba katılmazsa, aynı kütleyi 20’de birlik bir eğim boyunca itmek yada çekmek için yalnızca yarım ton kadar bir çaba gerekir. Bir metre yüksel-
2) Sokak lambaları gi- 2
bi yükseğe yerleştirilmiş araçların temizlik ve onarımı. burada görülen araçlarla yapılır Bu araçlar hidrolikle isletilen kaldıraçlardan oluşur ve taşıma kolaylığı için genellikle kamyon üstüne yerleştirilir. İtfaiyeciler de yüksek binalarda kalanları kurtarmak için buna benzer araçlardan yararlanırlar Hidrolik bağlantılar, insanın dirseğindeki bükülmeyi sağlayan kaslar gibi içice geçmiş birleşme noktalarını harekete geçirebilir; ikisi de üçüncü kaldıraç sınıfı örnekleridir. Güc. dayanak noktasının (mil ucu) yakınına uygulandığından uzun kolun ucundaki direnci oynatmak için büyük bir güç gereklidir. Bu yüzden, motor gücüyle çalışan hidrolikler kullanılmalıdır
il Güc «G», direne «D»
ve mil ucu, yani dayanak noktası «N» arasındaki ilişkilere göre her kaldıraç üç sınıftan birine girer. Birinci sınıfa özgü tahteravalli düzeninde (Al dayanak noktası dirençle güç arasındadır. ikinci kaldıraç sınıfında (B1 yukarı doğru bir güç, güc ve dayanak noktası arasındaki yükü kaldırır. Bir el arabası bu ilkeye göre çalışır Üçüncü sınıfta, güç dayanak noktasıyla direnç arasına uygulanır Hidrolik olarak isleti len birçok makina bu sınıfa giren kaldıraç gücünden yararlanır ve bazı karmaşık mo-kinalarda (baskı ma-kinaları gibi) mekanizmanın herhangi bir yerinde tüm sınıflardan kaldıraçlar bulunur, tıpkı insan kol ve bacaklarında olduğu gibi 1
Silindir
Sekteli mekanizma Baskı cubuöu işaretler
Tuşlar
3) Daktilo tuşları kaldıraç işi gören bir dizi bağlantı tarafından çalıştırılır. Bir tuşa basıldığında, kaldıraçlar bu çubuğu ha rekete geçirir ve silindire sarılı kağıt üstüne bir işaret basılır Ara
tuşuna basılması, bir sekteli mekanizmayı harekete geçirerek şaryonun işaret basılmadan ilerlemesini sağlar. Kaldırma tusu tarafından kontrol edilen kaldıraçlar tüm kaldıraç sistemini
kaldırarak bir tusa basıldığında, baskı çubuğunun alt kısmındaki işaretin serite değerek kağıda geçmesini sağlar. Şaryoyu yana çekme ve tabulator denetimi için başka kaldıraçlar kullanılır
ölçüde kuvvet uygulayan vida dör me hareketi ile sa< lanır. Dişler arasın daki uzaklığa vida adımı denir ve her tam dönüşte vidan ilerlediği uzaklığı ç terir.
dönme hareketi, dikev bir kolu yukardan aşağıya yada yatay bir kolu yanlara doğru iter. Böyle bir kam kullanılarak, çevirme hareketiyle bir kilidin dilini çalıştıran doğrusal hareket ortaya çıkarılabilir
4) Disk kamı [A], dönme hareketini yukarı yada yan harekete dönüştüren. çeşitli uzunluklarda kaldıraçlara benzer Disk kamları genellikle araba motorundaki supabları işletmek için kullanılır Bir yiv kamının [BJ
5) Vida, bir silindir
çevresine sarılı eğik düzlem olarak düşünülebilir. Eğik düzlemin mekanik verimi (yükü rampadan itmek dikey kaldırmaktan daha kolaydır) genellikle önemli