Kaldıraçlar nasıl kuvvet kazancı sağlar ve kuvvet kazancı nasıl hesaplanır? Kaldıraç çeşitleri ve sağladıkları mekanik avantajlar.
Kaldıraçlar
Kaldıraçlar, kaldırma veya basınç uygulamasını kolaylaştırmak için mekanik avantaj kullanır. Tüm kaldıraçlar bir çubuk ve dayanak adı verilen bir pivottan yapılmıştır. Kaldıraçların üç ana parçası vardır:
- Kuvvet – kullanıcı tarafından uygulanan, girdi olarak da adlandırılan kuvvet miktarı
- Destek – kolun döndüğü yer
- Ağırlık (Yük) – hareket ettirilmesi gereken ağırlık, çıktı olarak da adlandırılır
Mekanik Avantaj yani kuvvet kazancı; Yükü, her ikisi de Newton (N) cinsinden ölçülen, hareket ettirmek için uygulanan kuvvet ile bölerek ölçülür – bu, çıkışın (yük, ağırlık) girişe (kuvvete) bölünmesiyle de tanımlanabilir:
Mekanik avantaj = Ağırlık (N) ÷ Kuvvet (N)
Örnek;
200 N yükü kaldıran, ancak sadece 100 N kuvvet uygulayan bir kişi:
Bu nedenle, mekanik avantaj = 200 ÷ 100 = 2.
Bu aynı zamanda 2: 1 olarak da yazılabilir. Kişi 100 N kuvvet kullanarak yükün iki katını kaldırabilir. Mekanik avantaj, yük ve destek arasındaki mesafe ve kuvvet ve pivot ölçülerek teorik olarak da hesaplanabilir. Aşağıdaki resimde yük ile dayanak arasındaki mesafe 2 m’dir. Kuvvet ve dayanak arasındaki mesafe 6 m’dir.
Bu nedenle, mekanik avantaj = 6 ÷ 2 = 3 veya 3: 1
Kişi bu yükü kaldırmak için üç kat daha kolay bulacaktır. Her iki örnekte de mekanik avantajı hesaplayabildik. Formülden iki parça bilgiye sahip olduğumuz sürece formülün herhangi bir bölümünü hesaplamak mümkündür:
- mekanik avantaj = yük ÷ kuvvet
- yük = mekanik avantaj × kuvvet
- kuvvet = yük ÷ mekanik avantaj
Soru
Bir kişi, 50 N yüke sahip bir kaya kaldırmak için bir kol kullanıyor. Mekanik avantaj 5: 1’dir. Kişinin ne kadar kuvvet harcaması gerekiyor?
Çözüm:
- Mekanik avantaj = yük ÷ kuvvet
- 5 = 50 N ÷ kuvvet
- Bu, yukarıdaki üçgenden olduğu gibi yeniden düzenlenebilir.
- Kuvvet × 5 = 50 N
- Kuvvet = 50 N ÷ 5 = 10 N
Kaldıraç Çeşitleri : Üç farklı kaldıraç türü vardır. Belirli bir görev için en çok mekanik avantajı olanlar seçilirler. Bu kaldıraç sınıfları kuvvet, dayanak ve yükü farklı bir düzende düzenler:
Birinci dereceden kaldıraçlar
Birinci dereceden kaldıraçlar, desteği, yük ile kuvvet arasına yerleştirin. Bir örnek, dayanağı merkeze yerleştiren ve eşit ağırlıklı çocukların birbirlerini kaldırmasına izin veren bir tahterevalli olabilir.
Yük dayanağa yakınsa kaldırılması daha kolay hale gelir. Dayanak merkezde ise, tahterevalli gibi, kuvvet ve yük onları dengelemek için eşit olmalıdır. Bir kişi bir ucunda biraz daha ağırsa veya ağırlığı geriye doğru hareket ettirirse, tahterevalli bir ucu aşağı doğru hareket eder.
Levye, yükü desteği yakınlaştıran birinci dereceden bir kaldıraca bir örnektir – bu, bir yükü hareket ettirmek için daha fazla kuvvet sağlar. Destek yüke yaklaştıkça daha az kuvvet gerekecektir.
İkinci dereceden kaldıraçlar
İkinci dereceden kaldıraçlarda, destek kolun bir ucuna ve kuvvet diğer ucuna, yük merkezde olacak şekilde yerleştirilir. Destek ve yük birbirine ne kadar yakın olursa yükü kaldırmak o kadar kolay olur. Örnekler arasında el arabaları, fındıkkırıcılar ve bazı şişe açıcılar sayılabilir.
Üçüncü dereceden kaldıraçlar
Üçüncü dereceden kaldıraçlarda, destek ile yük arasında kuvvet yerleştirilir. Kuvvet ve destek ne kadar fazla ayrılırsa, yükün kaldırılması daha kolay hale gelir. Üçüncü dereceden bir kaldıracın, birinci ve ikinci dereceden kaldıraçlar gibi mekanik avantajı yoktur, bu nedenle daha az yaygındır.
Genellikle küçük veya narin eşyaları taşımak için kullanılırlar. Örnekler cımbızları veya maşaları içerir.
