Harika bir etkinlik, tam da “Basit Makineler” konusunu pekiştirmek için birebir! Merhaba sevgili öğrencim, ben Fen Bilimleri öğretmenin. Şimdi bu etkinlikteki soruları birlikte, tane tane analiz edelim ve cevaplayalım. Emin ol, makaraların mantığını kavradığında ne kadar kolay olduğunu göreceksin.
Soru 1: Görsel 1’deki düzenekte yoldan kazanç var mı? Neden?
Hadi bu soruyu beraber inceleyelim. Görsel 1’e baktığımızda, makaranın bir yere sabitlendiğini ve yükün aşağı yukarı hareket ettiğini görüyoruz. Bu tür makaralara biz ne diyorduk? Evet, sabit makara! Şimdi sorumuzu bu bilgiyle cevaplayalım.
Adım 1: Görsel 1’deki düzenek bir sabit makaradır. Sabit makaraların en temel özelliğini hatırlayalım: Sadece kuvvetin yönünü değiştirirler. Yani, bir yükü yukarı çekmek yerine, ipi aşağı çekerek daha kolay bir şekilde kaldırmamızı sağlarlar.
Adım 2: Etkinlikte ne diyor? “Yarıklı ağırlığın ucunu 10 cm yükseltmek için dinamometreyi aşağı yönde çekelim.” Bu deneyi yaptığımızda göreceğiz ki, yükü 10 cm yükseltmek için ipi tam olarak 10 cm çekmemiz gerekir. Yani çektiğimiz ipin uzunluğu ile yükün yükselme miktarı birbirine eşittir.
Adım 3: “Yoldan kazanç” demek, daha az yol alarak yükü daha fazla hareket ettirmek demektir. Ama burada böyle bir durum yok. Ne kadar ip çekersek, yük o kadar yükseliyor. Bu yüzden sabit makaralarda yoldan kazanç veya kayıp bulunmaz.
Sonuç:
Görsel 1’deki düzenekte yoldan kazanç yoktur. Çünkü bu bir sabit makaradır ve sabit makaralarda yükü hareket ettirmek için çekilen ip miktarı, yükün aldığı yola eşittir. Yoldan kazanç olmadığı gibi, yoldan kayıp da yoktur.
Soru 2: Görsel 2’deki düzenekte kuvvetten kazanç var mı? Neden?
Şimdi de ikinci düzeneğimize bakalım. Görsel 2’de makara yük ile birlikte hareket ediyor, değil mi? İşte bu tür makaralara da hareketli makara diyoruz. Hareketli makaraların en büyük avantajı neydi, bir düşünelim.
Adım 1: Görsel 2’deki düzenek bir hareketli makaradır. Bu düzenekte yükün ağırlığı, makaradan geçen ipin iki koluna eşit olarak paylaştırılır.
Adım 2: Diyelim ki yükümüz 50 gram (etkinlikte belirtildiği gibi). Bu 50 gramlık ağırlık, biri yukarıdaki desteğe bağlı olan, diğeri de bizim dinamometre ile çektiğimiz iki ip tarafından taşınıyor. Bu durumda yük paylaşılmış olur. Yani 50 gramlık yükün yarısını sabit olan ip, diğer yarısını da bizim çektiğimiz ip taşır.
Adım 3: Dinamometreye baktığımızda, 50 gramdan çok daha düşük bir değer okuruz. İdeal bir sistemde (makara ağırlığı ve sürtünmeler önemsiz olduğunda) tam olarak yarısını, yani 25 gramlık bir kuvvet uygularız. Yükten daha az bir kuvvet uygulayarak onu dengelediğimize veya hareket ettirdiğimize göre, burada kesinlikle kuvvetten kazanç vardır.
Sonuç:
Görsel 2’deki düzenekte evet, kuvvetten kazanç vardır. Çünkü bu bir hareketli makaradır. Hareketli makaralarda yük, makarayı taşıyan ip kollarına bölünür. Bu sayede yükü kaldırmak için, yükün ağırlığından daha az bir kuvvet uygulamak yeterli olur. Bu duruma da kuvvetten kazanç denir.
Umarım anlaşılmıştır. Unutma, basit makinelerde bir şeyden kazanıyorsan (mesela kuvvetten), başka bir şeyden aynı oranda kaybedersin (mesela yoldan). Hareketli makarada kuvvetten 2 kat kazandığımız için, yoldan da 2 kat kaybederiz. Yani yükü 10 cm yükseltmek için ipi 20 cm çekmemiz gerekir!