Kaldıraçlar

Kaldıraç Nedir?

Basit makinelerin en eski ve en yaygın türlerinden biri kaldıraçlardır. Kaldıraç; sabit bir nokta etrafında serbestçe dönebilen ve üzerine kuvvet uygulandığında bu nokta etrafında hareket ederek yükleri kaldırmaya veya sıkıştırmaya yarayan çubuk sistemleridir. Bir çubuğun altına sağlam bir taş veya destek koyarak ağır bir kayayı yerinden oynattığınızı düşünün; işte bu sistem basit bir kaldıraçtır.

Bir kaldıraç sistemini anlamak için öncelikle üç temel kavramı bilmek gerekir: 1. Destek Noktası: Kaldıraç çubuğunun üzerine oturduğu ve etrafında döndüğü sabit noktadır. 2. Kuvvet: Yükü hareket ettirmek veya dengelemek için bizim dışarıdan uyguladığımız itme veya çekme etkisidir. (Giriş kuvveti) 3. Yük: Hareket ettirmek, kaldırmak veya sıkıştırmak istediğimiz cisim veya dirençtir. (Çıkış kuvveti)

Kaldıraçlar denge prensibine göre çalışır. Desteğe olan uzaklıklar, kuvvetin ve yükün büyüklüğünü dengeler. Kaldıraçlarda desteğin bulunduğu nokta ile kuvvetin uygulandığı nokta arasındaki mesafeye kuvvet kolu; desteğin bulunduğu nokta ile yükün bulunduğu nokta arasındaki mesafeye ise yük kolu adı verilir.

Kaldıraçlarda kuvvet kazancı olabilmesi için kuvvet kolunun, yük kolundan daha uzun olması şarttır. Kuvvet kolu ne kadar uzunsa, uygulamamız gereken kuvvet o kadar küçülür. Ancak unutmayalım, kuvvetten kazanıyorsak, yoldan aynı oranda kaybederiz. Kuvvetin destekten uzaklaşması, çubuğun ucunu daha uzun bir mesafe boyunca hareket ettirmemizi gerektirir.

Kaldıraçlar, kuvvet, yük ve destek noktalarının çubuk üzerindeki konumuna (dizilişine) göre üç farklı grupta incelenir.

1. Desteğin Arada Olduğu Kaldıraçlar (Çift Taraflı Kaldıraçlar)

Bu tip kaldıraçlarda, destek noktası çubuğun orta kısımlarında bir yerdedir; yük bir uçta, uygulanan kuvvet ise diğer uçtadır. Çocuk parklarındaki "tahterevalli" bu kaldıraç türünün en klasik örneğidir.

Özellikleri: - Desteğin arada olduğu kaldıraçlar her zaman kuvvetin yönünü değiştirir. Siz çubuğun bir ucunu aşağı doğru bastırdığınızda, diğer uçtaki yük yukarıya kalkar. Bu durum bize ciddi bir iş yapma kolaylığı sağlar. - Bu tür kaldıraçlarda kuvvetten kazanç da olabilir, kuvvetten kayıp da olabilir. Her şey desteğin konumuna bağlıdır: - Eğer destek tam ortadaysa (kuvvet kolu = yük kolu), eşit kollu terazide olduğu gibi kuvvetten ya da yoldan kazanç yoktur. Sadece kuvvetin yönü değişir. Uygulanan kuvvet, yüke eşittir. - Eğer destek yüke daha yakınsa (kuvvet kolu > yük kolu), kuvvetten kazanç, yoldan kayıp vardır. Ağır bir kayayı levye veya uzun bir sopa ile yerinden oynatırken bu prensipten faydalanırız. - Eğer destek kuvvete daha yakınsa (yük kolu > kuvvet kolu), kuvvetten kayıp, yoldan kazanç vardır. Yani yükü kaldırmak için kendi ağırlığından daha fazla kuvvet uygulamamız gerekir ama yükü çok daha uzağa veya yükseğe atabiliriz.

Günlük hayattaki örnekleri: Eşit kollu terazi, makas, pense, kerpeten, tahterevalli, levye, keser (çivi sökerken) desteğin arada olduğu kaldıraçlara örnektir. Örneğin bir makasla sert bir kumaşı kesmek zorlandığında, kumaşı makasın ucundan çıkarıp kesişim noktasına (desteğe) yaklaştırdığınızı fark ettiniz mi? Böylece yük kolunu kısaltıp kuvvet kolunu göreceli olarak uzatarak kuvvetten kazanç sağlarsınız!

2. Yükün Arada Olduğu Kaldıraçlar (Tek Taraflı Kaldıraçlar)

Bu tür kaldıraçlarda destek noktası çubuğun bir ucundadır, kuvvet diğer uçtan uygulanır, yük ise ikisinin arasında bir yerdedir.

Özellikleri: - Bu sistemde kuvvet her zaman çubuğun en ucundan (destekten en uzak noktadan) uygulandığı için, kuvvet kolu her zaman yük kolundan daha uzundur. - Bu matematiksel gerçek bize şu değişmez kuralı verir: Yükün arada olduğu kaldıraçlarda HER ZAMAN kuvvetten kazanç vardır! Ve her zaman yoldan kayıp vardır. Çok ağır yükleri çok küçük kuvvetlerle kaldırabilir veya çok sert nesneleri kolayca kırabiliriz. - Kuvvetin yönünü değiştirmezler. Biz çubuğu yukarı doğru kaldırdığımızda yük de bizimle aynı yönde, yani yukarı doğru kalkar. Veya ceviz kıracağında biz sapları birbirine doğru sıktığımızda, yük de aynı yönde sıkışır.

Günlük hayattaki örnekleri: El arabası, fındık/ceviz kıracağı, gazoz açacağı, menteşeli kapılar, delgeç ve kağıt kesme giyotinleri yükün arada olduğu kaldıraçlara en güzel örneklerdir. El arabasında destek tekerlektir, yük ortadaki kasa içindedir, kuvveti ise saplardan, yani en uçtan uygularız. Yük tekerleğe ne kadar yakınsa, kuvvet kazancımız o kadar fazla olur.

3. Kuvvetin Arada Olduğu Kaldıraçlar (Tek Taraflı Kaldıraçlar)

Bu modelde ise yine destek noktası uçtadır, ancak bu sefer yük çubuğun diğer ucunda, kuvvet ise ikisinin ortasındadır. Yani biz sistemi çubuğun ortasından veya uca yakın bir yerinden tutarak hareket ettiririz.

Özellikleri: - Kuvvetin arada olduğu kaldıraçlarda, yük her zaman destekten daha uzakta, kuvvet ise desteğe daha yakındır. Yani yük kolu her zaman kuvvet kolundan daha uzundur. - Bu nedenle, bu tür kaldıraçlarda HER ZAMAN kuvvetten kayıp vardır. Yani 10 N ağırlığındaki çok hafif bir cismi kaldırmak için bile örneğin 30 N kuvvet uygulamamız gerekir. Bizi yoran bir sistemdir. - "Madem kuvvetten kaybediyoruz, o zaman bu aletleri neden kullanıyoruz?" diye sorabilirsiniz. Unutmayın, basit makinelerde kuvvetten kaybettiğimiz oranda yoldan kazanırız. Bu aletlerin temel kullanım amacı hassasiyet sağlamak, hızı artırmak ve yoldan kazanç elde etmektir. Elimizle ufacık bir hareket yaptığımızda, çubuğun en ucundaki yük çok daha geniş bir mesafe kat eder. - Yükün arada olduğu kaldıraçlar gibi, bunlar da kuvvetin yönünü değiştirmez. Kuvveti nereye doğru uygularsak, yük de aynı yöne hareket eder.

Günlük hayattaki örnekleri: Cımbız, maşa, tenis raketi, buz hokeyi sopası, kürek, olta, insan kolu ve çenesi bu kaldıraç türüne girer. Örneğin bir cımbızla kıl çekerken çok fazla kuvvet uygulamamız gerekmez çünkü yük zaten çok hafiftir; önemli olan ince iş yapabilmek ve ufacık bir el hareketiyle cımbızın ucunu hızlıca kapatabilmektir. Maşa kullanırken de yanan mangal kömürlerini uzaktan hızlıca tutabilmek için bu sistemden yararlanırız.