Merhaba sevgili öğrencilerim!
Bugün sizlerle birlikte basit makineler konusundaki bu güzel makara sorusunu çözeceğiz. Soruları dikkatlice okuyup, adım adım ilerleyerek mantığını kavramaya çalışalım. Unutmayın, Fen Bilimleri’nde en önemli şey konunun mantığını anlamaktır. Haydi başlayalım!
Soru: Ömer, sürtünmelerin önemsenmediği yukarıdaki makara düzeneklerinde 100 N ağırlığındaki özdeş su kovalarını F₁, F₂ ve F₃ kuvvetleri ile ayrı ayrı dengede tutuyor. Buna göre;
a) Uyguladığı F₁, F₂ ve F₃ kuvvetlerinin büyüklükleri arasında nasıl bir ilişki vardır?
Çözüm:
Bu soruyu çözebilmek için önce her bir düzenekteki makara türlerini ve özelliklerini hatırlamamız gerekiyor. Biliyorsunuz, sabit makaralar kuvvetten kazanç sağlamaz, sadece kuvvetin yönünü değiştirir. Hareketli makaralar ise kuvvetten kazanç sağlar. Şimdi her bir sistemi tek tek inceleyelim.
Unutmayalım: Yükümüz, yani su kovasının ağırlığı her üç düzenekte de 100 N.
Adım 1: I numaralı sistemi inceleyelim.
Bu sistemde sadece bir tane sabit makara kullanılmış. Sabit makaralarda uygulanan kuvvet, yükün ağırlığına eşittir. Yani Kuvvet = Yük.
Bu durumda F₁ kuvveti, 100 N’luk kovanın ağırlığına eşit olmalıdır.
F₁ = 100 N
Adım 2: II numaralı sistemi inceleyelim.
Bu sistemde bir sabit ve bir hareketli makara var. Yükümüz olan 100 N’luk kova, sabit makaradan geçen ipin ucunda. Bu ipin diğer ucu ise hareketli makaraya bağlı. Yani hareketli makarayı aşağıya çeken kuvvet, kovanın ağırlığı olan 100 N’dur.
Hareketli makarayı ise iki ip yukarı doğru çekiyor. Bu durumda 100 N’luk yük, bu iki ip tarafından paylaşılır. F₂ kuvveti bu iplerden sadece birini çektiği için, yükün yarısı kadar bir kuvvet uygulamamız yeterlidir.
F₂ = Yük / 2
F₂ = 100 N / 2
F₂ = 50 N
Adım 3: III numaralı sistemi inceleyelim.
Bu sistem, II numaralı sisteme çok benziyor. Yine bir hareketli makaramız var ve bu makarayı aşağı çeken kuvvet 100 N. Hareketli makarayı yukarı taşıyan yine iki ip var. Bu yüzden kuvvet kazancımız yine 2 katıdır. Yani uygulamamız gereken kuvvet yine yükün yarısıdır.
Peki en sondaki ikinci sabit makaranın görevi ne? O makaranın tek görevi, F₂’de olduğu gibi yukarı doğru çekmek yerine, kuvvetin yönünü değiştirerek aşağı doğru çekmemizi sağlamaktır. Kuvvetin büyüklüğünü değiştirmez.
F₃ = Yük / 2
F₃ = 100 N / 2
F₃ = 50 N
Adım 4: Sonuç ve Karşılaştırma
Şimdi bulduğumuz değerleri karşılaştıralım:
- F₁ = 100 N
- F₂ = 50 N
- F₃ = 50 N
Gördüğümüz gibi, F₁ en büyük kuvvettir. F₂ ve F₃ ise birbirine eşittir.
Sonuç: Kuvvetler arasındaki ilişki F₁ > F₂ = F₃ şeklindedir.
b) Hangi sistem, Ömer’in uyguladığı kuvvetin yönünü değiştirmemiştir?
Çözüm:
Bu soruda “kuvvetin yönünü değiştirmemiştir” ifadesi, yükü yukarı kaldırmak için kuvvetin de yukarı yönde uygulandığı sistemi soruyor demektir. Haydi sistemleri bu gözle tekrar inceleyelim.
- Sistem I: Kovayı (yükü) yukarı kaldırmak için Ömer, ipi F₁ kuvvetiyle aşağı doğru çekiyor. Yani kuvvetin yönü değişmiştir.
- Sistem II: Kovayı yukarı kaldırmak için Ömer, ipi F₂ kuvvetiyle yukarı doğru çekiyor. Yükün hareket yönü ile kuvvetin yönü aynı. Yani kuvvetin yönü değişmemiştir.
- Sistem III: Kovayı yukarı kaldırmak için Ömer, ipi F₃ kuvvetiyle aşağı doğru çekiyor. En sondaki sabit makara kuvvetin yönünü değiştirmiştir. Yani kuvvetin yönü değişmiştir.
Sonuç: Bu nedenle, Ömer’in uyguladığı kuvvetin yönünü değiştirmeyen sistem II numaralı sistemdir.
Umarım çözümler anlaşılır olmuştur. Gördüğünüz gibi makaraların çalışma prensibini bildiğimizde sorular ne kadar da kolaylaşıyor! Aklınıza takılan bir yer olursa sormaktan çekinmeyin. İyi çalışmalar dilerim!