Mekanik Avantaj Nedir? Nasıl Yararlanılır? Kullanan Makine ve Sistemlere Örnekler Nelerdir?

Mekanik Avantaj

Basit makineyi, ilk olarak üçüncü yüzyılda Yunan matematikçi Arşimet tanımlar. Bu öyle bir alettir ki, uygulanan kuvvetin daha büyük bir kuvvete karşı kullanılmasını sağlar Böyle bir alet ya kuvveti ya da hareketin mesafesini artırabilir ama ikisini birden yapamaz. Klasik mekanikçiler altı basit makine tanımlar: Kaldıraç, tekerlek-şaft, takoz, vida, makara ve eğik düzlem. Basit makineler mekanik avantaj sayesinde nesneleri hareket ettirmeyi kolaylaştırır Vinçlerden araba şanzımanlarına kadar hemen her yerde, genelde daha karmaşık makinelerin parçalan olarak modern dünyanın dört bir yanında görülürler.

1- KALDIRAÇ

Kaldıraç, bir destek yani dayanak noktası üzerinde duran sağlam bir sopadır. Sopanın bir ucuna bastıran kişi diğer ucuyla kendi başına yapabileceğinden çok daha ağır bir yükü kaldırabilir. Buna mekanik avantaj denir.

Diğer makinelerde de olduğu gibi, nasıl kullanıldığına bağlı olarak kaldıraç sadece kuvveti artırmakla kalmayıp kuvvetin yönünü de değiştirebilir. Bir ucu aşağı bastırdığınızda diğer uç yukarı kalkar Örneğin beyzbol sopası, girdi kuvvetin çıktı kuvvetten daha büyük olduğu bir kaldıraç görevi görür. Vuruş (topa vuran kalın taraf), sopanın tutma yerine uygulanan güçten çok daha büyük bir mesafede salınır ve bu sayede daha hızlıdır.

2- BİSİKLET

Çok vitesli bir bisikletin zarif dişli düzeneği, bisikleti kullanan kişinin farklı arazilerde uygulayacağı kas gücünü en verimli hale getirmeye yarar Bir zincir, iki dişli düzeneği etrafında döner. Zincir baklaları pedala basıldıkça döner Bu ön vites düzeneğidir Arka tekerleklerin göbeğine daha küçük dişliler bağlıdır, bunlar da takipçi viteslerdir. Vites değiştirici adı verilen bir mekanizma, ön ve arka viteslerin farklı kombinasyonlarını mümkün kılmak amacıyla zinciri hareket ettirir.

Her dişli düzeneğinde olduğu gibi, ön vites grubundaki diş sayısıyla arka vites grubundaki diş sayısının birbirine oranı makinenin mekanik avantajını belirler Daha küçük bir dişli çarkıyla eşleşmiş büyük ve çok baklalı bir zincir, tekerleğin daha hızlı dönmesini sağlar ama bacakların daha fazla kuvvet harcaması gerekir. Yokuş tırmanırken küçük ön vitesin daha büyük arka vitesle eşleşmesi gerekir. Bisikletçi pedallara daha fazla kuvvet uygulamak zorunda kalmayacak ama pedalları daha hızlı çevirecektir.

3- TEKERLEK

Tekerlek ve şaft -ortasına silindir çubuk tutturulmuş disk- insanların nesneleri hareket ettirmesine yarayan basit makinelerden biridir Ağır nesneleri sürüklemek yerine yuvarlayarak taşımanın bir yolu olarak tekerlek beş bin yıldan da eski bir tarihte Mezopotamya’da ve farklı yerlerde ortaya çıkmış en önemli icatlar arasındadır Yüklü bir arabanın dönen tekerlekleri, tekerleksiz haldeki yüklü bir arabaya oranla yol ile olabildiğince az yüzey teması sağlar Böylece sürtünme,yani iki nesnenin birbirine değmesinden kaynaklanan hareket kısıtlanması azalır

Sağlam bir şafta bağlı bir tekerlek aslında dairesel bir kaldıraçtır -şafta uygulanan kuvvetle jantın kat ettiği mesafe- ve böylece büyük bir hız ortaya çıkar.Tam aksine, kapı tokmağında olduğu gibi, tokmağın dış çevresine uygulanan daha küçük bir kuvvetle şaftın kuvveti artar Her tür kaldıraçta olduğu gibi bu da tekerleğin mekanik avantajıdır

4- KEMİK EKLEM VE KASLAR

İnsan iskeleti kaldıraçlarla doludur. Eklemler dayanak noktaları, kemikler kaldıraç sopaları ve kaslar kuvvet uygulayıcı işlevlerini görür. Bir yudum almak için kahve fincanını kaldırdığınızda, kolunuz tip 3 denilen kaldıraçtır. Yani kol kası, çıktı kuvvetten fazla bir kuvvet uygular. Ama fincan uygulanan bu kuvvetten daha büyük bir mesafe kat ederek görevi hızla yerine getirir. Kahvenizin yanında bir lokma da kakaolu kek yediğinizde alt çeneniz de faklı bir tip 3 kaldıraç gibi çalışır.

5- MAKARALAR

Makara, kasnağına ip geçirilmiş bir tekerlektir. ipin bir ucunda asılı duran bir yükü ipin diğer ucuna uygulanan kuvvetle çekerek bir kaldıraç işlevi görür Sabit bir tek makaranın hiçbir mekanik avantajı yoktur;çekilen yükün ağırlığına eşit kuvvet uygulanması gerekir Ama yerçekimiyle birlikte aşağıya doğru çektiğiniz ve sırt kaslarınız yerine vücut ağırlığınızı kullanabildiğiniz için yükü kaldırmak kolaylaşır Aynı anda iki makara kullanmaksa yükü kaldırmak için gereken kuvveti ikiye böler ve harcanan gücü paylaştırır. Buradaki değiştokuş yine daha fazla mesafeye, yani ipe yayılan iştir.

6- DİŞLİ DÜZENEĞİ

Sanayi devriminin geniş ölçekli makineleşme sürecinde, dişli düzeneği kadar önem taşıyan çok az buluş vardır. Bu sistem birbirine bağlandığında aksi yönlerde dönerek her tür işin altından kalkacak şekilde hızı yada kuvveti artıran dişlilerden oluşur. Girdi kuvvetin uygulandığı dişli -ana dişli- daha küçük bir takipçi dişliyle birleştiğinde, küçük olan daha hızlı döner. Ana dişli takipçi dişliden küçükse, bu durumda takipçi dişli daha yavaş ama daha kuvvetle döner

Örneğin elle çalışan bir yumurta çırpma makinesindeki kol her dönüşüne karşılık defalarca dönen iki küçük dişliyle iç içe geçirilmiş büyük bir orta dişliyi döndürür. Alet, kuvveti yani emeği yiyecekleri çırpmak için gereken hızı oluşturmak üzere dönüştürür.

7- SONSUZ DİŞLİ

Bazı dişliler bir başka tekerlek biçimli dişliyle değil, vida gibi silindir dişlerle iç içe geçmek üzere tasarlanmıştır. Sonsuz dişli, büyük sonsuz dişlide kuvvetin daha da büyümesini sağlayarak yüksek bir hızda döner. Standart sonsuz dişli kendisine bağlı dişliyi yürüterek tek yönde döner; bu nedenle taşıma bandı, vinç ve forklift gibi enerji kesildiğinde dahi sabit pozisyonunu koruması gereken makinelerde kullanıma uygundur. Sonsuz dişli, arabaların ve diğer taşıtların direksiyon sisteminde de kullanılır. Direksiyonun dönüş hareketini doğrusal harekete çevirerek ön lastiklerin sağa sola dönmesini sağlar.

8- OFSET BASKI MAKİNESİ

Çok miktarda gazete, dergi ve kitap basmakta kullanılan litografik ofset baskı makinesi, karmaşık bir dişli düzeneğinin çalıştırdığı yine aynı karmaşıklıkta bir kasnak sisteminden meydana gelir.

Eşit büyüklükteki üç ana merdane (kalıp merdanesi, ofset ya da blanket merdanesi ve baskı merdanesi) sabit bir hızla birbirlerine zıt yönlerde döner. Kalıp merdanesine ince bir katman alüminyum sarılmıştır ve bazı yerleri hidrofobik ancak yapışkan baskı mürekkebini çeken bir malzemeyle kaplanmıştır. Bu merdane, kaplanmış alana mürekkep püskürten ve baskısız yüzeyi ıslatan küçük mürekkep ve su rulolarının zıt yönünde döner. Mürekkeplenen kalıp, aynı anda kauçuk kaplı ofset merdanesinin zıt yönünde dönerek görüntüyü ona aktarır. Ofset merdanesi ise baskı merdanesinin aksi yönünde döner ve geniş makaralara takılmış kâğıt bu iki merdane arasından geçtiğinde görüntü kâğıda basılır.