Konu anlatımı
Yeterince uzun bir çubuk ve sağlam bir destekle çok ağır yükler kaldırılabilir. Bu alt başlıkta kaldıracın bağıntısını, üç kaldıraç türünü ve her birinin günlük hayattaki örneklerini göreceksin.
Kaldıraç bağıntısı
Kaldıraç, destek adı verilen sabit bir nokta çevresinde dönebilen sağlam bir çubuktur. Kuvvetin uygulandığı noktanın desteğe uzaklığı kuvvet kolu, yükün desteğe uzaklığı yük koludur. Kuvvet ve yük çubuğa dik etki ediyorsa ve çubuğun ağırlığı önemsizse denge durumunda torklar eşittir: F·(kuvvet kolu) = P·(yük kolu). Kuvvet kazancı, kuvvet kolunun yük koluna oranıdır. Çubuğun ağırlığı önemsiz değilse ağırlığın torku da denkleme eklenir.
Destek ortada
Destek, kuvvet ile yükün arasındadır. Tahterevalli, makas, pense, kerpeten, levye ve eşit kollu terazi bu türdendir. Kuvvet ile yük desteğin zıt yanlarında olduğundan kuvvetin yönü de değişir: çubuğun bir ucu aşağı itilince öbür ucu yukarı kalkar. Kuvvet kolu yük kolundan uzunsa kuvvetten kazanılır; kısaysa kaybedilir; kollar eşitse kuvvet kazancı 1 olur.
Yük ortada ve kuvvet ortada
Yük, destek ile kuvvetin arasındaysa kuvvet kolu her zaman yük kolundan uzundur ve kuvvet kazancı 1'den büyüktür; el arabası, ceviz kıracağı ve şişe açacağı böyledir. Kuvvet, destek ile yükün arasındaysa kuvvet kolu yük kolundan kısadır ve kuvvet kazancı 1'den küçüktür; cımbız, maşa, olta ve insanın ön kolu böyledir. Bu son türde kuvvetten kaybedilir, ama uçtaki hareket elin hareketinden daha geniş ve daha hızlıdır.
Çözümlü örnekler
Örnek 1. Bir el arabasına tekerleğin ekseninden 0,4 m uzağa gelecek biçimde 900 N ağırlığında yük konuyor. İşçi arabayı, tekerlek ekseninden 1,2 m uzaktaki tutma yerlerinden kaldırıyor. İşçi kaç N'luk kuvvet uygular? (Arabanın ağırlığı önemsiz)
Çözüm. El arabasında destek tekerlek eksenidir ve yük, destek ile kuvvetin arasındadır. Torklar eşitlenir: F·1,2 = 900·0,4, buradan F = 300 N bulunur. Kuvvet kazancı 900/300 = 3 olur; kuvvet kolunun yük koluna oranı da 1,2/0,4 = 3 değerindedir. Yük tekerleğe ne kadar yakın konursa gereken kuvvet o kadar azalır.
Örnek 2. Bir maşanın uçları destek noktasından 30 cm uzaktadır; el, maşayı destekten 10 cm uzaktan sıkmaktadır. Uçlar arasındaki bir kömür parçasını tutmak için uçlarda 2 N'luk kuvvet gerektiğine göre el kaç N'luk kuvvet uygular? Bir pensenin sapı destekten 12 cm, ağzı destekten 3 cm uzaktaysa sapa uygulanan 50 N'luk kuvvet ağızda kaç N olur?
Çözüm. Maşada kuvvet, destek ile yükün arasındadır: F·10 = 2·30, buradan F = 6 N. El, uçtaki kuvvetin üç katını uygular; kuvvet kazancı üçte birdir, ama uçlar elin hareketinin üç katı kadar açılıp kapanır. Pensede destek ortadadır: 50·12 = P·3 eşitliğinden ağızdaki kuvvet 200 N bulunur; pense kuvveti dört katına çıkarır.
Sık yapılan hatalar
- Kol uzunluklarını desteğe göre değil, çubuğun ucuna göre ölçmek.
- Kuvvet ortada kaldıraçlarda da kuvvetten kazanıldığını sanmak.
- Destek ortada kaldıracın her zaman kuvvetten kazandırdığını düşünmek; kolların oranına bağlıdır.
- F·(kuvvet kolu) = P·(yük kolu).
- Yük ortada: kuvvetten kazanç; kuvvet ortada: yoldan kazanç.
- Destek ortada kaldıraç kuvvetin yönünü de değiştirir.