KUVVET VE HAREKET 7. SINIF 2.ÜNİTE MEHTAP BAŞ(100612014)

İÇİNDEKİLERA)SARMAL YAYLAR VE BUNLARIN ÖZELLİKLERİ1) SARMAL YAYLARI TANIYALIM2) YAYLAR VE DİNAMOMETREB) İŞ VE ENERJİ1)HANGİ DURUMDA İŞ YAPIYORUZ?2. İŞ VE ENERJİ ARASINDAKİ İLİŞKİ NEDİR?2.1. Kinetik Enerjiyi Tanıyalım2.2. Çekim Potansiyel Enerjisini Tanıyalım2.3. Esneklik Potansiyel Enerjisini Tanıyalım3)ENERJİ DÖNÜŞÜMLERİ 3.1. ENERJİ DÖNÜŞÜMÜ NEDİR? POTANSİYEL VE KİNETİK ENERJİ BİRBİRİNE

DÖNÜŞEBİLİR Mİ? 3.2. SÜRTÜNEN YÜZEYLER VE SÜRTÜNME KUVVETİ3.3.SÜRTÜNME KUVVETİNİN KİNETİK ENERJİYE ETKİSİ3.4. ENERJİ KORUNUMU NEDİR? NASIL OLUR?C) BASİT MAKİNELERİ TANIYALIM1)BASİT MAKİNELER İŞLERİMİZİ KOLAYLAŞTIRIR1.1 EĞİK DÜZLEMLER1.2 KALDIRAÇLAR1.3. MAKARALAR1.4. DİŞLİLER 1.5. KAMA1.6. ÇIKRIK2) BİLEŞİK MAKİNE OLUŞTURALIM

A) SARMAL YAYLAR VE BUNLARIN ÖZELLİKLERİ 1) SARMAL YAYLARI TANIYALIM

Tatilin gelmesiyle birlikte havada güzel olunca lunaparka gitme isteğimle ailemle birlikte lunaparkın yolunu tuttuk. Parkın yakınlarına geldiğimizde birkaç kişinin belli aralıklarla havada yükselip alçaldığını gördük.

Lunaparka vardığımızda merakla çığlık atan insanların bulunduğu yere yöneldik. Burada insanların trombolin üzerinde esnek atlama(bungee jumping) yapıyorlardı.

???Sizce atlayan kişiler bellerine bağladıkları esnek atlama ipi ve trombolinin hangi özelliği sayesinde havada metrelerce yükselebiliyorlar?

Bir banyo süngerini sıktığımızda, bir yayı çektiğimizde veya şişmiş bir balona parmağımızla bastırdığımızda uyguladığımız kuvvetlerin cisimler üzerindeki etkisini gözlemlemişizdir.

Yay, sünger, balon gibi cisimlere kuvvet uygulandığında cisim şekil değiştirmektedir. Ancak uygulanan kuvvet ortadan kalktığında cisim eski şeklini almaktadır. Kuvvet uygulandığında şekil değiştiren ve kuvvetin etkisi kalktığında eski şeklini alan cisimler esnek cisimler olarak adlandırılır. Esnek cisimlerin sahip olduğu bu özellik ise esneklik olarak adlandırılır.

Bir boneyi belli şiddette kuvvet uygulayıp germeden giymek mümkün değildir. Uygulanan kuvvet ortadan kalktığında ise eski hâline dönmeye çalışmasını başımızda hissettiğimiz baskıdan anlarız.

Kullandığımız kazak ve çorapları da belli oranda gererek giyeriz. Bir süngeri sıkarak avucumuzun içine alabiliriz bıraktığımızdailk hâline döndüğünü görürüz.

Lastik top, şişirilmiş balon, bisiklet selesi ve yataklarda kullanılan sarmal yaylar birer esnek cisimdir. Bununla beraber oyun hamuru ve cam macunu gibi maddeler, uygulanan kuvvetkarşısında şekil değiştirirken kuvvet ortadan kalktığında eski hâline dönmez. Bu sebeple oyun hamuru ve cam macunu esnek madde olarak değerlendirilmez.

Fotoğrafta sporcu çocuğun yay ile ok attığı görülmektedir. Yayın esneklik özelliği, okun hedefe doğru gitmesini sağlar.

Aynı şekilde yanda resmi verilen akrobat, sıçrama tahtasındaki yayın esneklik özelliği yardımıyla metrelerce yükseğe sıçrayabilmektedir.

Yaylar, uygulanan kuvvete esneme ve sıkışma şeklinde meydana gelen bir dizi şekil değişikliği ile cevap verir. Bir yaya sıkıştırma kuvveti uygulandığında yay esnekliğinden dolayı eski hâline dönmek için kendisine uygulanan kuvvete eşit ve zıt yönde bir tepki kuvveti uygular.

Yayın uyguladığı kuvvet

Yaya uygulanan kuvvet

Kuvvet arttırıldığında yayda oluşan sıkışma miktarı ve tepki kuvveti de artar. Bunun yanında yayın sıkıştırılması için uygulanan kuvvet ortadan kalktığında ise yayın eski hâline dönme hızı artar. Aynı tepki yaya germe kuvveti uygulanarak da gözlenebilir. Bu durumu yandaki şekli inceleyerek anlamaya çalışalım. Yayın ucuna bir cisim asıldığında cisim ağırlığından dolayı yaya bir kuvvet uygular. Yay da asılı olduğu cisme yukarı doğru ve eşit şiddette bir kuvvet uygular. Yay da asılı olduğu cisme yukarı doğru ve eşit şiddette bir kuvvet uygular. Bu sırada yayın ucu aşağı yukarı kısa bir süre hareket eder, bir süre sonra durur. Gerilmiş yaydan cismi ayırdığımızda ise yayın ucu yukarı doğru hareket eder. Eğer yayın ucundan ayırdığımız cisim daha ağır olursa yay yukarı doğru daha hızlı hareket edecektir.

0

2.5 N

5 N

7.5 N

10 N

0

2.5 N

5 N

7.5 N

10 N

Bir yay esneklik özelliği sebebiyle kendisine uygulanan belli değerlerdeki kuvvetler ortadan kalktığında tekrar eski hâline döner. Yandaki resimde aynı yaya asılan farklı ağırlıkların yayda meydana getirdiği gerilmeler görülmektedir. Yaylar uygulanan kuvvetle orantılı olarak esner. Yayda ağırlığı 2,5 N olan yükün meydana getirdiği esnemenin, ağırlığı 5 N olan yükün meydana getirdiği esnemenin yarısı kadar olduğu, bir cetvel yardımı ile belirlenebilir. Aynı karşılaştırma 5 N ile 7,5 N; 7,5 N ile 10 N ağırlığındaki yüklerin meydana getirdiği esnemeler arasında da yapılabilir.

Bir yaya asılan cisimlerin ağırlığı ile yayda meydana gelen esnemearasındaki bu orantılı ilişki, kuvvetin belli bir değerinden sonra bozulur. Yaya gereğinden fazla kuvvet uygulandığında yay esneklik özelliğini kaybeder ve eski hâline dönemez.

Esneklik özellikleri farklı olan yaylar kullanım yerlerine ve amaçlarına uygun olarak seçilir. Yapısında yay bulunan aletler bu durum göz önüne alınarak tasarlanır ve üretilir. Örneğin, tükenmez kalemlerimizdeki yaylar çok küçük bir kuvvet etkisiyle esneklik özelliğini yitirirken bisikletlerde kullanılan yaylar ağırlığımız karşısında esnekliğini yitirmez.

2)YAYLAR VE DİNAMOMETRE Ağırlığın da bir çeşit kuvvet olduğu göz önüne alınırsa bu durumdan bir ağırlık ölçme aracı yapmak için yararlanabilir miyiz? Önceki yıllarda, kuvveti ölçmek için dinamometre kullanıldığını ve dinamometrenin içerisinde bir yayın bulunduğunu öğrenmiştik. Esnek cisimlere uygulanan kuvvetin şiddeti arttıkça bu cisimlerdeki gerilme miktarı da artar; yaya asılan her 100 g’lık kütle yayda şekildeki gibi 1 cm’lik gerilmeye sebep olsun. 100 g’lık kütle yayda 1 cm’lik gerilmeye sebep oluyorsa kütlesi 1000 g olan cismin 10 N’luk ağırlığından dolayı yayda 10 cm’lik bir gerilme sağlayacağını hesaplayabiliriz. Uygulanan kuvvet ile gerilme miktarı arasındaki ilişkiden yararlanılarak ağırlık ölçümünde kullanılan dinamometreler yapılır.

BİLGİ BALONUYapısında yay bulunan dinamometre ağırlık ölçmek için kullanılan bir araçtır. Ancak bu aracın üzerindeki ölçeklendirmede ağırlık birimi olan “Newton” (nivton) değil kütle birimi olan “kilogram”ın yazılması bilimsel değildir.

Günlük hayatta kullanılan dinamometrelerdeki yaylar, ölçülecek ağırlığa göre seçilir. Başka bir ifadeyle dinamometrelerdekullanılan yayların kalınlığı, boyu, sarım sıklığı ve yapıldığı maddenin cinsi, yapacağı ölçüm aralığının belirlenmesini sağlar. Yanda fotoğrafı verilen dinamometrelerin farklı ağırlıkları ölçmek için yapıldığı kolaylıkla söylenebilir. Örneğin, ince yaydan yapılan bir dinamometre 0 - 20 N arasında ölçüm yaparken kalın yaydan yapılanı 0 – 50 N arasında ölçüm yapabilir.

Daha büyük cisimlerin ağırlıklarını ölçmek için kullanılacak el kantarlarında ise çok daha kalın yaylar kullanılır. Ağırlık ölçmek için yapılan araçların çalışması yapısındaki yayın gerilmesi yanında sıkışmasına da dayanır. Fotoğrafı verilen basküldeki yay ağırlık etkisiyle sıkışır ve kendisine bağlı olan ibrenin sapmasını sağlar.

B) İŞ VE ENERJİ 1)HANGİ DURUMDA İŞ YAPIYORUZ?

Günlük hayatımızda görev ve sorumluluklarımızı yerine getirirken “Bugün çok işim var.” ya da “Bugün çok iş yaptım.” gibi ifadeler kullanırız. Fotoğraflardaki oturarak balık tutan adam, kitap okuyan çocuk, çizim yapan mimar ve çuval taşıyan bahçıvan için günlük hayattaki anlamıyla “İş yapıyor.” deriz, değil mi? Bilimsel anlamda bu aktivitelerin hiçbiri iş olarak adlandırılmaz.

Yandaki şekilde Ahmet amca el arabasına sola doğru itme kuvveti uyguluyor. Uygulanan kuvvetin etkisi ile el arabası da uygulanan kuvvetle aynı doğrultuda yol alıyor. Uygulanan kuvvet ve el arabasının hareket yönü aynı doğrultuda olduğundan Ahmet amca bilimsel anlamda iş yapmış olur.

Ahmet amca, yerdeki kutu ya yukarı doğru bir kuvvet uyguluyor. Böylece kutu yukarıya doğru yol alıyor. Uygulanan kuvvet ve alınan yol, aynı doğrultuda olduğu için yer çekimi kuvvetine karşı bir iş yapılmış olur.

Ahmet amca, kaldırdığı kutuyla birlikte yürüyor. Bu durumda Ahmet amca, kutuya yukarı doğru bir kuvvet uygularken kutu sola doğru yer değiştiriyor. Ahmet amcanın kutuya uyguladığı kuvvet,kutunun aldığı yola dik doğrultulu olduğundan Ahmet amca fiziksel anlamda bir iş yapmış sayılmaz.

BİLGİ BALONU Bir kuvvet, bir cisme uygulandığında cisim uygulanan kuvvet doğrultusunda yol alıyorsa o kuvvet iş yapmış olur. Uluslararası Birim Sistemiʼnde iş birimi joule (jul) dür.

BİLGİ BALONUBir cisme, hareket doğrultusuna dik olarak etki eden kuvvet fiziksel anlamda bir işyapmamış olur.

2. İŞ VE ENERJİ ARASINDAKİ İLİŞKİ NEDİR? Günlük konuşmalarımızda enerji kelimesini “enerjiyle dolmak”, “enerji harcamak”, “enerjisi tükenmek” gibi birçok anlamda kullanırız. Yaşadığımız evrende her şey madde ve enerjiden oluşmuştur. Maddeyi kolayca algılayabildiğimiz halde enerjiyi ancak etkileri ile algılayabiliyoruz. Bir topa vururken, eşyamızı taşırken ya da çivi çakarken kuvvet uygulamış ve iş yapmış oluyoruz. Bu işleri yaparken de enerji harcarız.

Fiziksel anlamda enerji, iş yapabilme yeteneği olarak tanımlanır. Harcanan her enerji işe dönüşmeyebilir. Sonuç olarak enerjisiz iş yapılmaz. Ancak fiziksel anlamda iş yapılmadan da enerji harcanır.İş ve enerji aynı birimle değerlendirilmektedir. SI birim sisteminde iş ve enerji birimi olarak Joule kullanılır. Enerji değişik türlerde olabilir. Örneğin baraj gölündeki su ile barajın giderlerinden akan suyun sahip olduğu enerji farklıdır.

2.1. Kinetik Enerjiyi Tanıyalım Hareket hâlindeki bütün varlıkların enerjileri vardır. Şelaledenakan suyun, rüzgârın, hareket eden atın, gemilerin, düşen yağmurdamlalarının enerjileri hareket enerjisidir. Bu enerji kinetikenerji olarak adlandırılır. Bir cismin kinetik enerjiye sahip olması için hareket etmesi gerekir.

Bir cismin kinetik enerjisinin büyüklüğü, cismin süratine vekütlesine bağlıdır.

25 km/h

50km/h

Eşit kütleli iki araba düşünelim.

Sürati düşük olduğundan kinetik enerjisiküçüktür.

Sürati yüksek olduğundan kinetik enerjisibüyüktür.

50km/h

50km/h

Süratleri aynı olan iki araba düşünelim.

Kütlesi büyük olanın kinetik enerjisidaha büyüktür.

Kütlesi küçük olanın kinetik enerjisi deküçük olur.

2.2. Çekim Potansiyel Enerjisini Tanıyalım Hareket eden cisimlerin enerjiye sahip olduğunu ve iş yaptığını öğrendik. Acaba hareketsiz cisimlerin enerjisi var mıdır? Kitaplığımızda duran kitaplarımız, havaya attığımız toplarımız, evimizin çatısında bulunan kiremitlerimiz, dalda duran meyve…

Bazı nesneler hareket etmedikleri hâlde iş yapabilme yeteneğine sahiptir. Acaba bu nesneler iş yaparken hangi tür enerjiyi kullanırlar? Bir cisim bulunduğu konum sebebiyle enerjiye sahip olabilir mi? Cisimler konumlardan dolayı bir enerjiye sahiptir. Bu enerji potansiyel enerji olarak adlandırılır.

DÜŞÜNMEYE NE DERSİNİZ?

Yüzme sporu yapan kişi önce alçak bir tramplenden, daha sonra yüksek bir tramplenden atlıyor. Hangi durumda çekim potansiyel enerjisi daha büyüktür?

DÜŞÜNMEYE NE DERSİNİZ?

Yüzme sporu yapan kişi önce alçak bir tramplenden, daha sonra yüksek bir tramplenden atlıyor. Hangi durumda çekim potansiyel enerjisi daha büyüktür?

Yerden belli bir yüksekliği olan varlıkların hepsinin çekim potansiyel enerjisi vardır. Direkteki bayrağın, gökyüzündeki uçağın, dağlardaki karın, tavandaki avizenin, ağaç dalında duran elmanın vb. Bir cismi yukarı kaldırdığımızda, yer çekimini yenmek için cisme kuvvet uygulamış ve iş yapmış oluruz. Yaptığımız iş, kaldırdığımız cisimde çekim potansiyel enerjisi olarak depolanır.

Resimde yer alan su damlası gibi bütün cisimler belli yükseklikten yer çekimi kuvvetinin etkisiyle sürati artarak yere düşer. Yerden yüksekte bulunan bütün cisimler konumlarından dolayı belli bir çekim potansiyel enerjisine sahiptir. Cismi belli bir yüksekliğe çıkararak yaptığımız iş sırasında harcanan enerji, cismin değişen yüksekliği nedeniyle çekim potansiyel enerjisi olarak cisimde depolanır.

2.3. Esneklik Potansiyel Enerjisini Tanıyalım Çevremizde esneklik özelliğinde cisimler görmekteyiz. Gerilmiş bir lastik, yay… Bu esneklik özellikleri ile sıkıştırma veya germe gibi etkilerle enerjiye sahip olabilirler mi? Sıkıştırılmış bir yay, gerilmiş bir lastik, kurulmuş bir saat enerjiye sahip olabilirler mi? Bu şekilde enerjiye sahip olduklarını söyleyebiliriz.

Sıkıştırdığımız yayın önüne bir cisim koyalım. Yay serbest bırakıldığında yayda depolanan potansiyel enerji kinetik enerjiye dönüşerek cismi ileri doğru iter. Cismin ileri doğru hareket etmesi, yayın iş yaptığını gösterir. Buna göre sıkıştırılan yay serbest bırakıldığında iş yapma yeteneğine sahiptir.

Gerilmiş yay serbest bırakıldığında oka bir kuvvet uygular ve ok bu kuvvet doğrultusunda hareket eder. Bu durum gerilmiş yayda da enerjinin depolandığını ve yayın iş yapabildiğini gösterir.

Kurmalı oyuncakların içinde yay bulunur. Bu yay sıkıştırılıp, oyuncak zemin üzerine bırakıldığında da hareket eder. Böylece yayda depolanan potansiyel enerji olarak adlandırılır.

Esnek cisimlerin sıkışması ve gerilmesi sonucunda sahip olduğu enerjiye (depolanan enerjiye) esneklik potansiyel enerjisi denir.

BİLGİ BALONU Esneklik özelliğine sahip olan cisimler, esneklik potansiyel enerjisine sahiptir. Esnek cisimlerin sahip olduğu bu enerji, esnek cismin sıkışma veya gerilme miktarı ile cismin esneklik özelliğine bağlıdır.

3)ENERJİ DÖNÜŞÜMLERİ 3.1. ENERJİ DÖNÜŞÜMÜ NEDİR? POTANSİYEL VE KİNETİK ENERJİ BİRBİRİNE DÖNÜŞEBİLİR Mİ? Hareketli cisimlerin hareketlerinden kinetik enerjiye sahip olduklarını, hareketsiz cisimlerin konumlarından dolayı depolanan potansiyel enerjiye sahip olduklarını öğrendik. Peki, bu enerji türleri birbirine dönüşebilir mi?

Enerji bir türden başka türe dönüştürülebilir ve cisimden cisme aktarılabilir. Potansiyel enerjinin kinetik enerjiye, kinetik enerjinin potansiyel enerjiye dönüşümü en yaygın görülen enerji dönüşümlerindendir.

Yukarıdaki resimde hız treni aşağı doğru hareket etmeden önce çekim potansiyel enerjisine sahiptir. Hız treni bu enerjiyi kullanarak aşağı doğru hareket ederken yer çekimi kuvvetine karşı iş yapar. Hız treni aşağı doğru gittikçe çekim potansiyel enerjisi azalır, kinetik enerjisi artar. Bu sırada çekim potansiyel enerji kinetik enerjiye dönüşür.

  Barajlardan aşağı inen suyun çekim potansiyel enerjisi suyun hareketinden dolayı kinetik enerjiye dönüşür. Yerden seken topun tekrar zıplaması sırasında topun kinetik enerjisinin bir kısmı potansiyel enerjiye dönüşür. Tramplende duran bir sporcu çekim potansiyel enerjisine sahiptir. Sporcu havuza atlarken sahip olduğu çekim potansiyel enerjisi yapılan hareket nedeniyle kinetik enerjiye dönüşür.

Potansiyel enerji ve kinetik enerji arasında gerçekleşen dönüşümü salıncakta sallanan bir çocuğun hareketini inceleyerek görebiliriz.  

 

3.2. SÜRTÜNEN YÜZEYLER VE SÜRTÜNME KUVVETİ Futbolcunun vurarak hareket ettirdiği futbol topu bir süre sonra yavaşlayarak durur. Sizce topu hangi kuvvet durdurmuştur? Futbolcu topu aynı kuvvetle çimenler üzerinde değil de buz üzerinde itseydi top yine aynı mesafe boyunca yavaşlar ve yine aynı noktada durur muydu?

Gerçekten bu şekilde de olmaz mı bisiklet kullanırken bu durumla karşı karşıya çoğunlukla kalırız. Sanki bisikleti engelleyen bir kuvvet var. Hadi düşünelim.

  Bisiklet kullanırken düz beton zeminde bisiklet daha hızlı ve kolay hareket ederken, taşlı kumlu yolda hareket zorlaştı yavaşlamaya başlar. Neden böyle oluyor acaba?

Bisiklet kullanırken düz beton zeminde bisiklet daha hızlı ve kolay hareket ederken, taşlı kumlu yolda hareket zorlaştı yavaşlamaya başlar. Neden böyle oluyor acaba?

Sürtünme, hareket eden cisimlerin hareketini yavaşlatır. Bunun sebebi, sürtünme ile cismin kinetik enerjisinin ısı enerjisine dönüşmesidir. Sürtünme kuvveti birbirine temas eden iki yüzey arasında harekete karşı oluşan dirençten doğan bir kuvvettir. Sürtünme kuvveti, yüzeye temas eden cismin hareket yönü ile daima zıt yönlü olduğundan; sürtünme kuvveti cismi hareket ettiren dengelenmemiş kuvvet değerini azaltır.  

Günlük hayatımızda sürtünmesiz bir ortam elde etmek oldukça zordur. Ancak sürtünmeler istenildiğinde önemli ölçüde azaltılabilir. Zemin üzerinde hareket ettirmek istediğimiz araçların sürtünmesini azaltmak için tekerlek gibi dönen cisimlerden yararlanılır. Yuvarlanarak giden tekerlekler sayesinde sürtünme önemli ölçüde azaltılmış olur.

Sürtünme kuvveti, hareketi her zaman engeller mi?

Yazı yazmak sürtünme kuvveti sayesinde gerçekleşir.

Yazı yazmak sürtünme kuvveti sayesinde gerçekleşir.

Dağcılar tırmanışlarını sürtünme kuvveti sayesinde gerçekleştirirler.

Dağcılar tırmanışlarını sürtünme kuvveti sayesinde gerçekleştirirler.

Paraşütçüler sürtünme kuvveti sayesinde sabit süratle yere inebilirler.

Paraşütçüler sürtünme kuvveti sayesinde sabit süratle yere inebilirler.

Yolcu veya yük taşımak için kullanılan araçlar amacına uygun gövde tasarımıyla üretilir. Bu tasarımlarda doğadaki bazı canlılardan esinlenilir. Örneğin kuşların gagalarının sivri olmasından ve “v” düzeninde uçmalarından uçakların burnu sivri biçimde yapılır. Otomobillerin hızlı yol alabilmesi için tasarımları hava sürtünmesini en aza indirecek olacak şekilde tasarlanır.

3.3.SÜRTÜNME KUVVETİNİN KİNETİK ENERJİYE ETKİSİ

Halının üzerinde bir topu iterek yuvarladığımızda bir süre sonra topun yavaşladığını ve durduğunu gözlemleriz. Topu biz asfalt, kum, çim ortamlarının hangisi üzerinde daha kolay hareket ettirebiliriz? Cisimlerin hareketini farklı yüzeyler farklı şekilde etkiler. Bu yüzeyin harekete ters yönde uyguladığı sürtünme kuvveti ile ilgilidir. Bu sürtünme kuvveti hareket halinde olan cisimlerin sahip oldukları kinetik enerjiyi nasıl etkiler? Sürtünme kuvveti, yüzeye temas eden cismin hareket yönü ile daima zıt yönlü olduğundan; sürtünme kuvveti cismi hareket ettiren dengelenmemiş kuvvet değerini azaltır. Kuvvetin değerinin azalmasıyla cismin sürati dolayısı ile kinetik enerji azalır, tersine sürtünme kuvveti azaldığında ise kinetik enerji artar.

Belli bir yükseklikten bırakılan top, yere çarptıktan sonra her defasında aynı yüksekliğe çıkmaz. Çünkü top her düşüş ve sıçrayışta hem yer hem de hava ile sürtünmektedir. Bir başka deyişle yerin sürtünme kuvveti, havanın da direnci topun hızını kesmektedir.

Top, hareketi süresince ısınır. Bu esnada topun her defasında aynı yüksekliğe çıkamamasının sebebi enerjinin azalması değil, enerji dönüşümüdür. Sürtünme ile cismin kinetik enerjisi ısı enerjisine dönüşür.

4) ENERJİ KORUNUMU NEDİR? NASIL OLUR? Enerjiyi biten, azalan olarak nitelendirebiliyoruz. Bunun sonucu enerji çeşitli şekilde faaliyet sonucu azalarak tükenebilme anlamına gelir fakat bu yanlıştır. Enerji yoktan var edilemeyeceği gibi yok edilemez. Buna enerjinin korunumu denir.

A

B

C

PE K.E PE K.E PE K.E

Kız çocuğunun salıncakta sallama hareketini düşünürsek ilk konumdan son konuma gelinceye kadar çocuğun sahip olduğu enerji türü değişmiş ancak toplam enerji miktarı aynı kalmıştır. Bu durumu enerjinin korunumuna örnek verebiliriz. Buna göre enerji bir türden başka bir türe dönüşebilir ancak hiçbir zaman yok olmaz. Salıncakta çocuk A konumundayken çocuğun yüksekliği en yüksek değerde olduğu için çekim potansiyel enerjisi en büyüktür. Çocuğun sürati sıfır olduğu için kinetik enerjisi sıfırdır.A-B konumundayken yüksekliği azaldığı için potansiyel enerjisi azalır. Sürati arttığı için kinetik enerjisi artar. B konumundayken potansiyel enerjisi en düşük seviyededir. Sürati en yüksek değerde olduğundan kinetik enerjisi en büyüktür. B-C konumundayken yüksekliği arttığı için çekim potansiyel enerjisi artar. Çocuğun sürati azaldığından kinetik enerjisi azalır. C konumundayken çocuğun yüksekliği en yüksek değerde olduğu için potansiyel enerjisi en büyüktür. Çocuğun sürati sıfır olduğundan kinetik enerjisi sıfırdır.

Hidroelektrik santrallerinde baraj gölünde biriken suyun potansiyel enerjisi, kapaklar açıldığında kinetik enerjiye dönüşür. Suyun kinetik enerjisi jeneratörün türbinlerini döndürür, jeneratörlerdeki mekanik enerji elektrik enerjisine dönüşür. Elde edilen elektrik enerjisi de nakil hatlarıyla evlerimize ulaşır. Böylece enerji dönüşümü gerçekleşerek enerji korunmuş olur.

C) BASİT MAKİNELERİ TANIYALIM 1)BASİT MAKİNELER İŞLERİMİZİ KOLAYLAŞTIRIR

İnşaatlarda ağır cisimleri nasıl hareket ettirdiklerini veya yukarı nasıl çıkardıklarını hiç gördünüz mü? Ağır cisimleri kas gücüyle mi yoksa bir araç tan faydalanarak hareket ettirmek mi sizce daha kolaydır? Yandaki fotoğrafta görüldüğü gibi inşaatlarda kurulan birtakım düzenekler yardımı ile yükler yukarı doğru taşınır.

Yaşamımızda, yaptığımız bazı işleri kolaylaştıran aletlerden zaman zaman faydalanırız. Ağır bir taşı yerinden kaldırabilmek için kas gücümüzün yetersiz kaldığı durumlarda, sağlam bir kalas yardımımıza yetişir. Bu kalası bir desteğe dayadığımızda yerinden oynatamadığımız taşı rahatlıkla kaldırabiliriz.

İnsanlar zaman içinde günlük işlerinde kullanmak üzere çeşitli makineler geliştirmişlerdir. Makine deyince akla biçerdöver, greyder ya da fotokopi makinesi gibi karmaşık araçlar gelebilir. Ancak biraz daha düşününce günlük hayatta kullanılan çok sayıda ve daha basit araçların olduğu fark edilir. Odun kesmede kullanılan balta, bayrağı göklere çekmede kullanılan makara, ağır bir yükü yükseğe taşımada yararlanılan eğimli bir yüzey gibi. Bu örneklerde de görüldüğü gibi günlük hayatta iş yapma kolaylığı sağlamak amacıyla zaman zaman farklı araçlar kullanılır. Kaldıraç, makara, eğik düzlem, kama, vida veya dişliden ibaret olan bu araçlara basit makineler denir.

“Makine” kelimesi genellikle güçlü ve karmaşık yapılı mekanizmaları(iş makinesi, otomobil, bulaşık makinesi vb.) çağrıştırır. Fakat bir kuvvetin yönünü veya büyüklüğünü değiştirerek iş yapma kolaylığı sağlayan araçlar birer basit makinedir. Örneğin gazoz açacağı, musluk, vida, balta ve merdiven birer basit makinedir. Bu makineler olmadan işlerimizin çoğunu yapamayız.

Giriş kuvveti

Çıkış kuvveti

Destek noktası

Basit makine kullanılırkenuygulanan kuvvete giriş kuvveti, mekanizmanın çalışmasından doğan kuvvete ise çıkış kuvveti denir.

Bir iş yaparken basit makinelerin kullanılmasıyla nelerin yapılabileceğini aşağıdaki gibi sıralayabiliriz. • Bir kuvvetin yönünü değiştirebiliriz.• Uygulanan giriş kuvvetinden daha çok çıkış kuvveti sağlayabiliriz.• Kas gücüyle yapamadığımız bazı işleri kolayca yapabiliriz.• Bir işin yapılma hızını değiştirebiliriz.• Kas enerjisini hareket enerjisine dönüştürebiliriz.

1.1 EĞİK DÜZLEMLER Ağır yükleri yukarı çıkarmak için makara kullanmak her zaman uygun bir yöntem olmayabilir. Böyle durumlarda eğik düzlemadı verilen yokuşlardan yararlanılır. Kalasın bir ucu yükün çıkarılacağı yere dayanırsa eğik düzlem elde edilir. Eğik düzlemleri oluşturan yüzeylerin iki ucu arasında yükseklik farkı olur. Yandaki resimde gözlemliyoruz. Birçok yerde karşılaştığımız eğik düzlemleri diğer basit makinelerden farkı, bunların genellikle hareketsiz olmalarıdır.

Oyun parklarında birçok defa kaydıraklardakayarak hoşça vakit geçirmişizdir. Peki, kaydıraklarında basit makine olduğunu biliyor muydunuz? Hoşça vakit geçirdiğimiz bu zevkli oyun araçları gerçekte birer eğik düzlemdir. Eğik düzlemler halk arasın da “rampa” olarak da adlandırılır.

1.2 KALDIRAÇLAR

Kaldıraçlar destek üzerinde serbestçe dönebilen bir çubuktan oluşur. Bu basit makinede kuvvetin etki ettiği noktanın destek noktasına uzaklığına kuvvet kolu (etki kolu), yükün destek noktasına uzaklığına ise yük kolu denir. Yük, kaldıracın kaldıracağı ağırlıktır.

Kuvvet kolu Yük kolu

Destek noktasıGiriş kuvveti

Çıkış kuvveti

yük

Çıkış kuvveti

Giriş kuvveti

1

2

Pense iki kaldıracın birleşmesiyle oluşmuştur.Pensenin sapı(1), ucundan (2) daha fazla hareket eder. Fakat pense sapına daha az bir kuvvet uygulayarakcismin büyük bir kuvvetle sıkıştırılması sağlanır.

Kaldıraçlar destek noktasının yerine göre gruplandırılabilir.

• Desteğin, yük ile kuvvetin arasında olduğu kaldıraçlar

Desteğin kuvvetin uygulandığı nokta ile yükün arasında olduğu kaldıraçlardır.Kuvvetin yönü değiştirilir, kuvvetten kazanç sağlanır.

yük Uygulanan kuvvet

Destek noktası

Uygulanan kuvvet

Destek noktası

yük

yükUygulanan kuvvet

yük

Destek noktası

Günlük hayattan örnekler; makas, pense, kayık küreği, kolumuz ve tahterevalli örnek olarak verilebilir.

• Desteğin bir uçta, yükün ortada, kuvvetin diğer uçta olduğu kaldıraçlar Bazı kaldıraçlarda; kaldıracın bir ucunda destek diğer ucunda ise kuvvetin uygulandığı nokta bulunur. Yük ise bu noktaların arasında yer alır. Ceviz kıracağı, el arabası ve menteşeli kapılar bu tip kaldıraçlara örnektir. Kuvvetten kazanç, yoldan kayıp vardır.

yük

Uygulanan kuvvet

Destek noktası

Günlük hayattan örnekler; Ceviz kıracağı, el arabası ve menteşeli kapılar, gazoz açacağı, kağıt delgi zımbası bu tip kaldıraçlara örnektir.

Uygulanan kuvvet

Destek noktası

yük

Uygulanan kuvvet

yük

Destek noktası

• Desteğin bir uçta, kuvvetin ortada, yükün diğer uçta olduğu kaldıraçlar

Bazı kaldıraçlarda; destek, kaldıracın bir ucunda, yük ise diğer ucunda yer alır. Kuvvet uygulanan nokta destek ile yük arasındadır. Yoldan kazanç, kuvvetten kayıp vardır.

yük

Destek noktası

Uygulanan kuvvet

Günlük hayattan örnekler; Tenis raketi, cımbız ve kürek gibi araçlar bu esasa göre çalışır.

yükDestek noktası

Uygulanan kuvvet

yükUygulanan kuvvet

Destek noktası

1.3. MAKARALAR Yükleri belirli bir yüksekliğe kaldırmak için basit makinelerden sadece kaldıraç ve eğik düzlem mi kullanabiliriz? İnşaatlarda ve hurdalıklarda ağır yüklerin yukarı nasıl kaldırıldığını, oltayla balığın sudan nasıl çıkarıldığını gözlemlemişizdir.

Görselleri incelediğimizde tümünde basit makinelerden biri olan makaraların kullanıldığını görürüz.

Yandaki resimlerde iki işçinin bir miktar kumu makara yardımıyla farklı şekillerde yukarı çıkarmaya çalıştıklarıgörülmektedir.

Makara, tekerleğe benzeyen ve dış çeperi boyunca oluğu olan bir araçtır. Bu oluğa yerleştirilen ipe uygulanan kuvvet makarayı döndürür. Makaralar sabit ve hareketli olmak üzere iki çeşittir. Sabit ve hareketli makaralar bir tür kaldıraçtır.

10 N

10 N 10 N

5 N5 N

1.şekil 2. şekil

Sabit makaralar I. şekildeki gibi bir noktaya sabitlenir. Oluğuna yerleştirilen ipin bir ucuna yük asılır. Diğer ucuna ise en az yükün ağırlığına eşit şiddette kuvvet uygulanır. Yük, uygulanan kuvvetin tersi yönünde hareket eder. Bu sırada yoldan ve kuvvetten kazanç sağlanmazken sadece kuvvetin yönü değiştirilerek iş yapma kolaylığı sağlanmış olur. Hareketli makaralara gelince bunlar sabit makaraların tersine, yük ile birlikte hareket eder. II. şekildeki gibi makaranın merkezine sabitlenmiş bir kancaya asılan yük, makara oluğundan geçen ipin serbest ucuna kuvvet uygulanarak hareket ettirilir. Makara ve yükün ağırlığı, makaradan geçerek birbirine paralel konuma gelmeye çalışan ipin iki parçası arasında paylaşılır.

Makaralar yaygın olarak yelkenli gemilerde yelkeni yukarı çekmede, inşaatlarda malzemeleri üst katlara taşımada, iş makinelerinde şekildeki gibi kullanılmaktadır.

Birden fazla makara kullanılarak oldukça karmaşık görünen sistemler de oluşturulabilir. Bu sistemlerle bir yandan uygulanan kuvvetin yönü değiştirilebilirken öte yandan yükü kaldırmak için uygulanması gerekenkuvvetin büyüklüğü azaltılabilir. Yukarıdaki şekillerde, sabit ve hareketli makaraların bir arada kullanıldığı bu tür sistemler (bileşik makara sistemleri) görülmektedir.

1.4. DİŞLİLER Evlerinizde bulunan kurmalı saatlerin veya oyuncakların içini açarsanız fotoğraftakine benzer sistemlerle karşılaşırsınız. Bu sistemler farklı büyüklüklerdeki dişli adı verilen basit makinelerden oluşur.

Dişliler tek başlarına kullanılamaz. Sistem için en az iki dişli çark gerekir. Bu sistemler hareketi bir parçadan diğerine aktarabilir ve hareketin yönünü tersine çevirebilir.

Farklı çapta dişliler kullanılarak dönme hızı azaltabilir ya da artırılabilir. Yandaki şekilde C dişlisi, hareketi D dişlisine aktarır, hareketin hızı ve yönü değiştirilir.

CD

Üç dişli kullanılarak aktarılan hareketin yönü değiştirilmeden hızı değiştirilebilir. Yandaki şekilde E dişlisi, F dişlisinin yardımıyla hareketi G dişlisine, sadece hareketin hızını değiştirerek aktarmış olur.

E F

G

1.5. KAMA

Eğik düzlemin özel bir türü olan kamalar günlük hayatta, bazen sivri uçlu bir bıçak, bazen bir balta bazen de kütük yarmak için kullanılan demir, çelik ya da ahşaptan yapılmış bir takoz biçiminde karşımıza çıkar. Kazma, keser, orak ve tırpan da birer kamadır.

Uygulanan kuvvet

Çıkış kuvveti

Çıkış kuvveti

Uygulanan kuvvet

Eğik düzlem

Eğik düzlem

Çıkış kuvveti

1.6. ÇIKRIK Çıkrık, dönme eksenleri çakışık iki veya daha fazla silindirden meydana gelir. Bu sistemde; çapı küçük olan silindire bağlanan yük, büyük çaplı silindire uygulanan kuvvetin oluşturduğu dönme hareketi sonucunda asılı olduğu ipin silindire dolanmasıyla yukarı çıkarılır. Kuvvetin uygulandığı silindirin çapının büyük olması yükün ağırlığından daha küçük bir kuvvet ile yukarı çıkarılmasını sağlar. Bu sebeple çıkrıklarda kuvvetten kazanç sağlanır fakat iş ve enerjiden kazanç olmaz. Bu makinelere kalemtıraş, el matkabı, kahve değirmeni ve kıyma makinesi örnek gösterilebilir.

2) BİLEŞİK MAKİNE OLUŞTURALIM Şu ana kadar bir veya iki parçadan oluşan, genellikle tek bir kuvvetin uygulanması ile iş yapma kolaylığı sağlayan basit makineleri inceledik. Günlük hayatta karşılaştığımız makinelerin yapısında ise bu basit makinelerin birkaç tanesi birden yer alabilir. Basit makinelerin bir araya getirilmeleriyle oluşturulmuş bu makinelere bileşik makineler denir. Aşağıdaki şekilde görülen makas, iki kama iki de kaldıraçtan; el arabası bir eğik düzlem, bir kaldıraç bir de tekerlekten oluşur.

kama

yük

destek

kaldıraç

kaldıraçkuvvetkuvvetkaldıraçyük

mildestek

tekerlek