Vinçler ve takozlar
Günümüzde insanlar farklı makinelerle yaşıyor. Tüm makineler şu ya da bu şekilde “enerji tasarrufu sağlayan” araçlardır. Yaygın olarak kullanılan bu tanım aynı zamanda bilimseldir. Bir bilim insanına göre, bir makine, mekanik bir kullanım aracıdır. Başka bir deyişle, bir makine, bir yükün kaldırılmasında veya hareket ettirilmesinde yararlı olması için kasıtlı çabaya izin veren bir araçtır. Makinenin mekanik verimi direnç/kuvvettir. Bu anlamda en basit makineler, birçok karmaşık makinede kullanılan kaldıraçlar, takozlar ve vidalardır ve bunlardan binlercesi karmaşık makinelerde kullanılmaktadır.
Gerilim amplifikasyonu
Vinçlerin yüzlerce kullanım alanı vardır. El vinçlerinde, küreklerde, tornavidalarda, makaslarda, salıncaklarda ve el arabalarında her zaman çeşitli kaldıraçlar kullanılır. Ana işlevi, yükün kaldırılmasını kolaylaştırmak için gücü arttırmaktır. Her kaldıraç, dayanak noktası adı verilen bir şaftın ucuna bağlıdır. Asansörün mekanik verimliliği, direncin büyüklüğü, kuvvet ve dayanak noktasından uzaklığı ile belirlenir.
Dört yaşındaki bir çocuk 75 kg ağırlığındadır. Bir erkek kilosunu nasıl arttırır? Basit bir yol, ikinizin de bir salıncağa oturmasıdır. Adam dayanak noktasına yakın oturuyorsa, diğer tarafta oturan çocuğun ağırlığı onu kaldırmaya yeterlidir. Ancak erkeğin kat ettiği mesafe, çocuğun kat ettiği mesafeden daha azdır. Ancak bu şekilde yük kaldırılır. Bu nedenle Yunan matematikçi Arşimet’in (M.Ö. 287-212) “Bana sağlam bir yer verin, dünyayı yücelteyim” demesine şaşmamak gerekir.
Sabit bir salınımın (ve direnç ile kuvvetin birbirini dengelediği herhangi bir kaldıracın) durumuna denge denir. Bu gibi durumlarda, dayanak noktasından yatay mesafe ile çarpılan direnç, dayanak noktasından yatay mesafe ile çarpılan kuvvete eşittir. Yukarıdaki örnekteki çocuk 12,5 kg ağırlığındadır. Bir gün tartılır ve dayanaktan 3 metre uzağa oturursa, 75 kg diğer uçtaki dayanaktan 0,5 metre oturur. Adamın kilosunu tam olarak dengeliyor.
(12,5 x 3 = 75 x 0,5 = 37,5)
Bu örnekteki mekanik verim (direnç/kuvvet) 75/2,5 eşittir 6’dır. Bu verim ayrıca dayanak noktasından olan güç mesafesinin dayanak noktasından direnç mesafesine bölünmesiyle de hesaplanabilir, bu örnekte 3/0,5 yine 6’ya eşittir.
Mesafeye göre direncin ürününe direnç momenti (iki kuvvet) denir. Denge durumunda, direnç tarafındaki tork, güç tarafındaki torka eşittir. Bir moment diğerinden daha büyükse, bir tork üretilir ve salınımın o ucu aşağı iner.
Rampalar ve takozlar kullanın
Eski Mısırlılar piramitleri veya Tunç Çağını inşa ederken, Stonehenge halkı birkaç metre yüksekliğinde dev taşları kaldırma sorunuyla karşı karşıya kaldı. Ağır bir nesneyi eğimli bir zemine itmenin onu doğrudan kaldırmaktan çok daha kolay olduğunu bildiklerinden, büyük olasılıkla uzun toprak rampalar inşa ettiler ve bu rampalar boyunca taşları yukarı çektiler (belki kütük silindirler üzerinde). Çalışmalar tamamlandıktan sonra yamaçlar kaldırıldı. Fizikçiler bu eğimi “eğimli düzlem” olarak adlandırırlar.
10 tonluk bir bloğu dikey olarak kaldırmak 10 ton efor gerektirir. Ancak sürtünme hesaba katılmasaydı, aynı kütleyi 1/20’lik bir eğim boyunca itmek veya çekmek yalnızca yarım tonluk bir çaba gerektirirdi. 1 metre kaldırmak için yükün 20 metre itilmesi gerekir, çünkü vinçlerde büyük mekanik verim elde etmek için büyük bir enerji hareketine karşı küçük bir direnç hareketi gerekir. Tasarruf edilen enerji miktarı, rampa yüksekliğinin rampa uzunluğuna oranı ile belirlenir ve modern teknoloji, uzun rampaları spiral yaparak yerden tasarruf sağlar.
Yükü biraz yükseltmek için altına bir takoz yerleştirilebilir (örneğin, altına bir ip geçirmek için). Kama, arka arkaya yapıştırılmış iki eğik düzlem gibidir. Bununla birlikte, istenen hareketi oluşturmak için yükü yüzeyin üzerine itmek yerine, yüzey yükün yanından itilir. Örneğin çentiğe bir kama sokarak önemli bir kuvvet uygulanabilir. Keski veya balta, çivi kalemi, saban ve pnömatik matkap gibi bu prensibi kullanır.
Sarılmış vida takozları
Spiral iplikler bir silindirin etrafına sarılmış eğik düzlemler olarak düşünülebilir ve spiral denilen bu şeklin geometrik yapısı M.Ö. MÖ 200 yılında Yunan matematikçi Pergeli Apollonius (MÖ 3. yüzyıl) tarafından incelenmiştir. Öte yandan Arşimet harici bir açma makinesi bulmuş ve ünlü “Arşimet vidası” olarak adlandırılan su pompasında vidayı temel prensip olarak kullanmıştır.
Bir cisme takoz çakılabildiği gibi, bir çivinin sarmal kaması da döndürülerek çakılır. Döndürme işlemi kaldıraç gerektirir. (tornavida veya İngiliz anahtarı) ve basit görünen vida, kullanım açısından manivela ile kamayı birleştiren bir “makine”dir.
Vida dişleri arasındaki mesafeye vida adımı denir ve karşılık gelen eğimli düzlemin eğiminin bir ölçüsüdür. Bir tam devirde, vida hatveye eşit bir mesafe ilerler. Vidanın eğimi/vidayı çeviren kolun uzunluğunun mu mekanik verimi verir. Konik bir ahşap spiralin kama şeklindeki kısmı, kütüğe giriş sırasında kamanın başka bir kullanımını ortaya koymaktadır. Kendiliğinden delen vidalar, madende hareket ederken (önemli bir güç gerektirir) sarmal bir diş keser.
Vida dişleri için diğer uygulamalar, mengenelerde, anahtarlarda, kaldıraçlarda, gemi ve uçak pervanelerinde ve en yaygın olanları vidalar ve vida somunları olan çeşitli valf türlerinde görülür.
Diğer gönderilerimize göz at
[wpcin-random-posts]