Hiçbir basit makine işten kazanç sağlamaz; kuvvetten kazanılan pay, yoldan kaybedilir.
Basit Makineler konusu kaldıraç, makara, eğik düzlem, çıkrık ve vida gibi düzeneklerde bu dengeyi hesaplamayı kapsar. Sürtünmesiz bir eğik düzlemde gereken kuvvet, yükün ağırlığı ile yüksekliğin uzunluğa oranının çarpımıdır. Gerçek düzeneklerde verim devreye girer: verim, alınan işin verilen işe oranıdır ve verimi düşük bir makinede ideal durumdakinden daha büyük kuvvet uygulamak gerekir.
Çıkrıkta kol uzunluğu ile silindir yarıçapının oranı kuvvet kazancını belirler. AYT Fizik testinde sorular çoğunlukla belirli bir verimle çalışan düzenekte uygulanması gereken kuvveti newton cinsinden sorar.
Örnek sorular
Bir şık seç, doğru mu değil mi hemen görürsün — hiçbir şey kaydedilmez, hesap gerekmez.
1. soruKolay
Verimi %75 olan bir çıkrık düzeneğinde çıkrık kolunun uzunluğu 30 cm, yükün sarıldığı silindirin yarıçapı 6 cm’dir. 120 N ağırlığındaki yük, kolun ucuna dönme yörüngesine teğet uygulanan kuvvetle sabit hızla kaldırılmaktadır. Buna göre uygulanan kuvvet kaç N’dir?
Cevabı göster
Cevap: E — 32
Kısaca —%75 verimle çalışan çark-aks sisteminde 120 N’lik yükü sabit hızla kaldırmak için 32 N kuvvet uygulanmalıdır.
Çark ve aks yarıçaplarından sistemin ideal kuvvet kazancı KKideal=rR=630=5 bulunur. Düzeneğin verimi %75 olduğundan gerçekleşen kuvvet kazancı KKgerc¸ek=5×0,75=3,75 değerine düşer. Buradan uygulanması gereken kuvvet F=KKgerc¸ekG=3,75120=32 N olarak hesaplanır. Verimi göz ardı edip ideal kazanç üzerinden işlem yapanlar 120/5=24 N sonucuna ulaşarak yanılgıya düşer.
2. soruKolay
Ağırlığı 480 N olan bir sandık, uzunluğu 6 m ve yüksekliği 1,5 m olan sürtünmesiz bir eğik düzlem üzerinde, düzleme paralel uygulanan bir kuvvetle sabit hızla yukarı çekilmektedir.
Sandığa uygulanan çekme kuvvetinin büyüklüğü kaç newtondur?
Cevabı göster
Cevap: E — 120
Kısaca — Sürtünmesiz eğik düzlemde kuvvet kazancı sağlandığından sandığı sabit hızla çekmek için gereken kuvvet 120 N’dur.
Sürtünmelerin ihmal edildiği sistemlerde iş prensibi gereği uygulanan kuvvetin yaptığı iş, yükün kazandığı potansiyel enerjiye eşittir (F⋅L=G⋅h). Buradan çekme kuvvetini F=G⋅Lh bağıntısıyla hesaplarsak F=480⋅61,5=480⋅41=120 N sonucuna ulaşırız. Eğik düzlemde yol 4 katına çıktığı için kuvvet 4 kat küçülmüştür; doğrudan ağırlığı (480 N) seçmek kuvvet kazancını, 240 N ise oran hatası yapmayı temsil eden yaygın çeldiricilerdir.
3. soruKolay
Bir işçi, yük kolu 40 cm ve kuvvet kolu 150 cm olan bir kaldıraç yardımıyla 300 N ağırlığındaki bir taşı çok yavaş kaldırmaktadır. Kuvvetler kaldıraç kollarına dik uygulanmakta ve kaldıracın bu işlemdeki verimi %80 olmaktadır.
Buna göre işçinin uyguladığı kuvvetin büyüklüğü kaç newtondur?
Cevabı göster
Cevap: C — 100
Kısaca — İşçinin kuvvet koluna uygulaması gereken kuvvet en az 100 N’dur.
İdeal bir kaldıraçta tork dengesinden Fideal⋅150=300⋅40 yazılarak Fideal=80N bulunur. Kaldıracın verimi %80 (0,80) olduğundan uygulanan kuvvetin yaptığı işin ancak bir kısmı taşa aktarılır; bu nedenle kayıpları karşılamak adına gereken gerçek kuvvet F=VerimFideal=0,880=100N olmalıdır. En yaygın yanılgı, verim kaybını unutarak doğrudan ideal kuvvet olan 80 N değerine yönelmek ya da 80’i 0,8 ile çarparak 64 N hesaplamaktır.
Cepte soru çöz, bağımsız bir çalışma uygulamasıdır; hiçbir sınav kurumu, okul ya da resmî kurumla bağlantılı, bunlarca desteklenen veya onaylanan bir uygulama değildir.
AYT (Alan Yeterlilik Testi), Yükseköğretim Kurumları Sınavı (YKS) kapsamında ÖSYM tarafından düzenlenen resmî bir sınavın ikinci oturumudur. Bu uygulama ÖSYM ile bağlantılı değildir.
Uygulamadaki tüm sorular ve metinler Cepte soru çöz için özgün olarak hazırlanmıştır; hiçbir resmî sınavdan alınmamıştır.