Merhaba sevgili öğrencilerim,
Ben Fen Bilimleri öğretmeniniz. Gönderdiğiniz görseldeki Basit Makineler ünitesiyle ilgili soruları sizin için analiz ettim ve şimdi adım adım, hepimizin anlayacağı bir dille çözeceğiz. Hazırsanız başlayalım!
7) Aşağıda verilen makara sistemlerinde 40 N ağırlığındaki özdeş cisimler F₁, F₂, F₃ ve F₄ kuvvetleri ile dengededir. Makara ağırlıkları ve sürtünmeler ihmal edildiğine göre bu yükleri dengede tutan kuvvetlerin hangisi en küçüktür?
Bu soruyu çözmek için her bir düzenekteki kuvveti tek tek hesaplamalıyız. Unutmayın, basit makinelerdeki amacımız genellikle kuvvetten kazanç sağlamaktır. Bakalım hangi düzenek bize en çok kazancı sağlıyor, yani en küçük kuvveti gerektiriyor.
- A) Düzeneği (F₁): Bu sistemde sadece bir tane sabit makara var. Sevgili arkadaşlar, sabit makaralar kuvvetin sadece yönünü değiştirir, büyüklüğünü değiştirmez. Yani kuvvetten kazanç sağlamazlar. Bu yüzden yükümüz ne kadarsa, uygulamamız gereken kuvvet de o kadardır.
F₁ = Yük = 40 N - B) Düzeneği (F₂): Bu sistemde bir sabit ve bir hareketli makara var. Bu tür sistemlere palanga diyoruz. Burada önemli olan, hareketli makarayı taşıyan ip sayısıdır. Şekle dikkatlice baktığımızda, 40 N’luk yükü taşıyan hareketli makaranın iki ip tarafından yukarı çekildiğini görüyoruz. Bu durumda kuvvet kazancımız 2 kat olur, yani yükü 2’ye böleriz.
F₂ = Yük / 2 = 40 / 2 = 20 N - C) Düzeneği (F₃): Bu sistemde sadece bir tane hareketli makara kullanılmış. Tıpkı B şıkkındaki gibi, yükümüzü taşıyan makarayı iki ip yukarı doğru çekiyor. Bu nedenle burada da kuvvet kazancı 2’dir.
F₃ = Yük / 2 = 40 / 2 = 20 N - D) Düzeneği (F₄): Bu sistemde ise iki tane sabit makara görüyoruz. Kaç tane sabit makara olursa olsun, eğer sistemde hareketli makara yoksa kuvvetten kazanç sağlanmaz. Sadece kuvvetin yönü değişir. Bu yüzden F₄ kuvveti de yüke eşit olacaktır.
F₄ = Yük = 40 N
Sonuç: Hesapladığımız kuvvetleri karşılaştıralım: F₁=40 N, F₂=20 N, F₃=20 N, F₄=40 N. Gördüğünüz gibi en küçük kuvvet değeri 20 N‘dur. Bu değere hem B hem de C seçeneklerinde ulaştık. Sorularda bu tip durumlarda genellikle şıklardan biri doğru kabul edilir. B ve C seçenekleri en küçük kuvveti temsil etmektedir.
Doğru Cevap: B) veya C) şıkkı (Her ikisi de 20 N’dur ve en küçük değerdir.)
8) Yanda bir çıkrık düzeneği gösterilmiştir. Bu düzenekte R > r olduğuna göre;
I. F artırılırsa
II. R artırılırsa
III. r azaltılırsa
verilenlerden hangisi ya da hangileri ayrı ayrı yapılırsa kuvvet kazancı artırılabilir?
Sevgili arkadaşlar, çıkrık da bir basit makinedir ve genellikle su kuyularında veya olta mekanizmalarında görürüz. Çıkrıkta kuvvet kazancını nasıl hesapladığımızı hatırlayalım.
Adım 1: Kuvvet Kazancı Formülü
Çıkrıkta kuvvet kazancı (KK), kuvvet kolunun (R) yük koluna (r) oranıyla bulunur. Yani formülümüz şudur:
Kuvvet Kazancı (KK) = R / r
Bu formüle göre, kuvvet kazancını artırmak için ya R’yi (kuvvet kolunu) büyütmemiz ya da r’yi (yük kolunu, yani silindirin yarıçapını) küçültmemiz gerekir.
Adım 2: Öncülleri Değerlendirelim
- I. F artırılırsa: F, bizim uyguladığımız kuvvettir. Kuvvet kazancı, daha az kuvvetle iş yapmaktır. Eğer F’yi artırırsak, kuvvet kazancımız azalır. Bu yüzden bu ifade yanlıştır.
- II. R artırılırsa: R, kuvvet koludur. Formülümüze (KK = R/r) göre, R’yi artırırsak, R/r oranı büyür. Yani kuvvet kazancımız artar. Bu ifade doğrudur. Düşünün, daha büyük bir kolu çevirmek daha kolaydır.
- III. r azaltılırsa: r, yük koludur. Formülümüze (KK = R/r) göre, r’yi azaltırsak, R/r oranı yine büyür. Yani kuvvet kazancımız artar. Bu ifade de doğrudur.
Sonuç: Kuvvet kazancını artırmak için II ve III numaralı işlemler yapılmalıdır.
Doğru Cevap: C) II ve III
9) Sürtünmelerin ve makara ağırlığının önemsenmediği yandaki sabit makara düzeneğinin kefesine önce 10 N’luk bir yük konulmuş ve sistem F₁ kuvveti ile dengelenmiştir. Kefeye daha sonra 5 N’luk bir yük daha eklenince sistem F₂ kuvveti ile dengelenmiştir. Kefenin ağırlığı bilinmediğine göre F₁ ve F₂ kuvvetlerinin büyüklükleri kaç N olabilir?
Bu soru biraz dikkat gerektiriyor. Bilinmeyen bir değer var: kefenin ağırlığı. Ama paniğe gerek yok, adım adım gidelim.
Adım 1: İlk Durumu (F₁) Analiz Edelim
Sistemde sabit makara var. Sabit makarada kuvvet, yüke eşittir. İlk durumda yükümüz nedir? 10 N’luk cisim ve kefenin kendi ağırlığı. Kefenin ağırlığına “K” diyelim. O zaman toplam yükümüz (10 + K) olur.
F₁ = Toplam Yük₁ = 10 + K
Adım 2: İkinci Durumu (F₂) Analiz Edelim
Kefeye 5 N’luk bir yük daha ekleniyor. Şimdi toplam yükümüz ne oldu? Kefenin ağırlığı (K) + ilk yük (10 N) + eklenen yük (5 N). Yani toplam yükümüz (K + 10 + 5) = (15 + K) olur.
F₂ = Toplam Yük₂ = 15 + K
Adım 3: F₁ ve F₂ Arasındaki İlişkiyi Bulalım
Elimizde iki denklem var:
F₁ = 10 + K
F₂ = 15 + K
Bu iki denklemden anlıyoruz ki, F₂ kuvveti, F₁ kuvvetinden her zaman 5 N daha fazladır. (F₂ – F₁ = (15 + K) – (10 + K) = 5 N).
Adım 4: Şıkları Kontrol Edelim
Şimdi şıklara bakıp aralarındaki farkın 5 N olduğu seçeneği bulmalıyız.
- A) 10 ve 5 (Fark 5 değil)
- B) 10 ve 15 (Fark 15-10 = 5 N. Bu olabilir. Ama bu durumda F₁=10 ise 10 = 10 + K olur ve K=0 çıkar. Yani kefe ağırlıksız demektir. Bu pek gerçekçi olmasa da bir ihtimaldir.)
- C) 15 ve 20 (Fark 20-15 = 5 N. Bu da olabilir. Eğer F₁=15 ise 15 = 10 + K olur ve K=5 N çıkar. Bu gayet mantıklı, kefenin bir ağırlığı var.)
- D) 15 ve 25 (Fark 10, bu olamaz)
Hem B hem de C şıkkında fark 5 N. Ancak sorularda genellikle fiziksel olarak daha mantıklı olan durumlar istenir. Kefenin bir ağırlığının olması (K>0), ağırlıksız olmasından daha genel ve olası bir durumdur. C şıkkı, kefenin 5 N’luk bir ağırlığı olduğunu varsayarak mantıklı bir sonuç verir. Bu nedenle en uygun cevap C şıkkıdır.
Doğru Cevap: C) 15 – 20
10) Aşağıda verilenlerden hangisi dişli çarkların kullanım alanlarından biri değildir?
Dişli çarklar, hareketi bir yerden başka bir yere aktarmak, hareketin yönünü veya hızını değiştirmek için kullanılan harika basit makinelerdir. Günlük hayatta birçok yerde karşımıza çıkarlar. Hadi şıklara bakalım.
- A) Bisikletler: Evet, bisikletlerin vites sistemleri, pedaldan tekerleğe hareketi aktaran zincir ve dişlilerden oluşur. Bu sayede farklı hızlarda ve eğimlerde bisikleti sürebiliriz.
- B) Saatler: Özellikle eski tip mekanik (kurmalı) saatlerin içi, akrep, yelkovan ve saniyeyi farklı hızlarda döndüren karmaşık ve hassas dişli sistemleriyle doludur.
- C) Motorlu taşıtlar: Arabaların vites kutusu (şanzıman), motorun gücünü tekerleklere farklı hızlarda aktarmak için tamamen dişli çarklardan oluşan bir sistemdir.
- D) Cep telefonları: Cep telefonları tamamen elektronik cihazlardır. İçlerinde hareketli mekanik parçalar, yani dişli çarklar bulunmaz. Çalışmaları mikroçipler, devreler ve yazılımlar sayesinde olur.
Sonuç: Dişli çarkların kullanılmadığı alan cep telefonlarıdır.
Doğru Cevap: D) Cep telefonları
Umarım açıklamalarım anlaşılır olmuştur. Unutmayın, Fen Bilimleri mantık ve dikkatle yaklaştığınızda çok zevklidir. Başarılar dilerim!