Kuvvet - WordPress.com

Prof. Bekir ÖZER'in " Teknolojinin Bilimsel İlkeleri (I - II) Ders Notları " adlı kitaplarından Öğr.Grv. U. serdar ÖZER tarafından elektronik ortama aktarılmıştır, ANTALYA
BÖLÜM 1
KUVVET
1.1. Giriş
Kuvvet kavramı, herkesin günlük yaşantısında kolaylıkla saptayabildiği temel
bir kavramdır. Çekme ve itme kuvveti cisimlerin hareket nedenidir. Hareket nedeni
olarak bu fiziksel özellik mekanik enerji sisteminin ilk hareketlendiricisidir.
Bu bölümde kuvvet ve türevlerini dört farklı enerji sisteminde incelemeye çalışacağız.
İnceleyeceğimiz kuvvet ve kuvvetle aynı işlevleri gören benzerleri; Tork, basınç,
elektriksel gerilim ve sıcaklık farkı diye isimlendirilen kavramlardır.
♦Kuvvet, hareketli mekanik sistemde nesnelerin hareket nedenidir. Bu kuvvet
tanımı, bütün benzer kavramlar için bir model teşkil eder. ♦Tork, dönen bir mekanik
sistemde nesnelerin hareket nedenidir. ♦Basınç, bir akışkan sisteminde akışkanın
hareketinin nedenidir. ♦Gerilim, bir elektriksel sistemde elektrik yüklerinin hareket
nedenidir. ♦Sıcaklık farkı, bir termal sistemde ısı enerjisinin akış nedenidir.
İlk aşamada aktarmaya çalışacağımız bilgiler, her enerji sisteminde bu benzer
özellikteki kavramların karekteristikleri, matematiksel formülleri ve birimlerinin ne
olduğunun tanımlanmasıdır.
1.2. Mekanik Sistemler
1.2.1. Kuvvet
Çizgisel bir mekaniksel kuvvet, bir doğrultu boyunca uygulanan itme veya
çekme kuvvetidir ve genellikle uygulanan kuvvetin yönünü belirten bir ok işareti ile
gösterilir. Şekil 1.1'de hareketsiz bir nesneye uygulanan tek bir kuvvet için durum
gösterilmektedir. Bu kuvvet nesneyi uygulama yönünde hareket ettirmeye çalışacaktır.
Eğer nesne hareketli olsaydı, bu takdirde uygulanan kuvvet hareket eden nesnenin
10/2005
Prof. Bekir ÖZER'in " Teknolojinin Bilimsel İlkeleri (I - II) Ders Notları " adlı kitaplarından Öğr.Grv. U. serdar ÖZER tarafından elektronik ortama aktarılmıştır, ANTALYA
orjinal yönüne bağımlı olarak ya hızı azaltacak ya çoğaltacak ya da nesnenin yönünü
değiştirecekti.
Şekil 1.2'de, bir nesnenin p noktasına etkiyen iki kuvvet ve bunların vektör diyagramı
gösterilmiştir.
F1
P
F2
F1
Bileşke veya net
kuvvet
P
F2
Şekil 1.2
Vektör, kuvvetin yönüne göre yönlendirilmiş bir doğru parçasıdır ve kuvvetin
büyüklüğü veya şiddeti, vektörün uzunluğu ile doğru orantılıdır. Bileşke kuvvet, bütün
kuvvetlerin vektörel toplamıdır. Farklı yönlerdeki kuvvetlerin toplanması teknikleri
daha sonra tartışılacaktır. Burada sadece kuvvetin temel karekteristik özellikleri ve bir
doğrultu boyunca uygulanan kuvvetlerin basit örnekleri izah edilmeye çalışılacaktır.
Üzerine kuvvet uygulanan bir nesnenin durumunda hareketi açısından değişiklikler
olabilir. Eğer nesnenin hareketinde bir değişiklik meydana gelmiş ise bileşke kuvvet (net
kuvvet) sıfırdan farklı demektir. Eğer net kuvvet sıfır ise, nesne ilk durumunu korur,
başka bir deyimle hareketsiz ise yine hareketsiz kalır. Hareketli ise de aynı doğrultu
boyunca hareketini aynı hızla devam ettirir. Bu durum denge olarak isimlendirilir.
10/2005
Prof. Bekir ÖZER'in " Teknolojinin Bilimsel İlkeleri (I - II) Ders Notları " adlı kitaplarından Öğr.Grv. U. serdar ÖZER tarafından elektronik ortama aktarılmıştır, ANTALYA
Şekil1.3'de,uçaktan atlayan bir pilotun durumu gösterilmektedir. Pilot yere doğru artan
bir hızla düşecektir.
Sürtünme
kuvveti
Artan hız
yerçekimi
Sürtünme
kuvveti
Limit hız
Yerçekimi
kuvveti
Çünkü yerçekimi kuvveti, pilotu yere doğru çekecek yöndedir. Yerçekimi
kuvveti, havanın sürtünme kuvvetine eşit oluncaya kadar hız artmaya devam eder. Tam
denge halinde en büyük hız elde edilir. Bu hıza "limit hız" denir. Paraşüt açıldığı zaman
paraşütün kapladığı hacım nedeniyle havanın kaldırma kuvveti, yerçekimi kuvvetinden
daha büyük olacağından hız azalmaya başlayacak ve bu nedenle pilot yere küçük bir
hızla ve emniyetli bir şekilde inecektir. Bir sistem içinde uygulanan kuvvet sayısı birden
fazla olduğu zaman genellikle bileşke kuvvetin (net kuvvetin) bulunması istenmektedir.
Bir doğrultu boyunca uygulanmış kuvvetler için bileşke kuvvetin bulunması oldukça
basittir. Doğrultu üzerinde seçilen bir noktaya göre pozitif ve negatif kuvvetler saptanır
ve işaretleri gözönünde bulundurularak toplama işlemi yapılır. Bu aşağıda gösterildiği
gibi formüle edilir.
FT = F1 + F2 + F3 + ....
(1.1)
10/2005
Prof. Bekir ÖZER'in " Teknolojinin Bilimsel İlkeleri (I - II) Ders Notları " adlı kitaplarından Öğr.Grv. U. serdar ÖZER tarafından elektronik ortama aktarılmıştır, ANTALYA
Burada,
FT =toplam veya bileşke kuvvet,
F1 , F2 , F3 .... ise sistem içinde uygulanan kuvvetleri tanımlamaktadır.
Örnek 1: Üç kişi halat çekme oyunu oynamaktadırlar. İki kişi bir tarafta ve herbirinin
halata uyguladığı kuvvet 500 N'dur. Diğer kişi ise zıt yöne doğru 650 N'luk bir kuvvetle
çekmektedir. Net kuvveti ve hareketin yönünü bulunuz.
Çözüm: (1.1) denklem uygulandığında;
FT = -500 -500 + 650
FT = -350 N
olur ve hareketin yönü net kuvvetin yönünde olmak zorundadır.
1.2.2. Kütle ve Kuvvet Birimleri
Kütle, nesnenin sabit karekteristiklerine bağlı olarak ölçülebilen çok önemli bir
özelliktir. Karekteristikler (m= v.d , KÜTLE = HACİM x YOĞUNLUK ) değişmediği
sürece kütle de sabit kalacaktır. Ağırlık ise kütleye uygulanan yerçekimi kuvvetidir.
Doğal olarak değişken bir özelliği vardır. Çünkü yer merkezinden olan mesafeye göre
yerçekimi kuvveti değişecek ve dolayısıyla ağırlık da değişecektir. Bunu aşağıdaki
şekilde formüle edebiliriz.
W=m.g
Burada,
W = ağırlık,
m = kütle ve
g = yerçekimi ivmesi'dir.
(1.2)
10/2005
Prof. Bekir ÖZER'in " Teknolojinin Bilimsel İlkeleri (I - II) Ders Notları " adlı kitaplarından Öğr.Grv. U. serdar ÖZER tarafından elektronik ortama aktarılmıştır, ANTALYA
Uluslararası bir sistemde (SI) temel birimler uzunluk, zaman ve kütle olarak belirlenmiş
ve bu temel birimlerden diğer birimler türetilmiştir.
Buna göre;
SI Birim sisteminde
uzunluk
zaman
kütle
kuvvet
metre ( m)
Saniye ( s )
Kilogram ( kg )
Newton (kg.m/s2 )
şeklindedir.
1.3. Kuvvet Benzeri Kavramlar
Mekanik sistemlerin translansyonunda kuvvet, başlangıç hareketini verir.
Nesnenin hareketinde oluşabilecek herhangi bir değişiklik ancak nesne üzerine
uygulanacak kuvvetlerle mümkün olabilir. Bir kütle üzerine uygulanan bileşke
kuvvet, kütlenin yer değiştirmesine neden olacaktır.
Rotasyon, akışkanlar, elektriksel ortamlar ve termal ortamlar gibi diğer enerji
sistemlerinde, ilk hareketi sağlayan kuvvet benzeri fiziksel özellikler ve kavramlar
mevcuttur. Herhangi bir enerji sisteminde, dengelenmemiş kuvvet benzeri etkiler,
sistem içinde bir değişikliğe neden olurlar. Bu bölümde "kuvvet benzeri etkilerin"
temel özellikleri açıklanacaktır.
1.3.1. Tork
İlginç ve sıkça karşılaştığımız mekanik sistemlerden birisi mekaniksel
dönme sistemidir. Bu sistemde ana uyarıcı veya kuvvet benzeri etki, tork'tur.
Bileşke kuvvetin çizgisel hareketin durumunun değişmesine neden olduğu gibi,
net tork’ta bir eksen etrafında dönme hareketinin değişmesine neden olur.
10/2005
Prof. Bekir ÖZER'in " Teknolojinin Bilimsel İlkeleri (I - II) Ders Notları " adlı kitaplarından Öğr.Grv. U. serdar ÖZER tarafından elektronik ortama aktarılmıştır, ANTALYA
Sekil 1.4'de dönme ekseninden belirli bir uzaklıkta uygulanan kuvvetin
oluşturduğu tork gösterilmektedir.
Dönme yönü
kuvvet
Moment kolu
Kuvvet doğrultusunun dönme eksenine olan dik uzaklığı "moment kolu" olarak
adlandırılır ve tanım olarak tork,
T=FL
(1.3)
şeklindedir. Burada,
T= tork (N.m) ,
F= kuvvet (N) ve
L= moment kolu (m) dir.
Doğal olarak, dönme hareketinin yönü, net tork'un yönüne bağlıdır. Tork’un
yönü, saat ibresinin hareket yönü veya saat ibresinin yönünün tersi ile değerlendirilir. Bu
yönlerden birisi pozitif yön olarak seçilerek problemlerin çözümü buna göre yapılır.
Pozitif ve negatif tork'ların cebirsel toplamı net tork'un şiddetini ve yönünü belirler.
Bunun matematiksel tanımı,
TT =T1 + T2 + T3 +..............
şeklindedir. Burada; TT =toplam ya da net tork, T1 , T2 ,T3 ise
tork'lardır.
( 1.4 )
sisteme
etki
eden
10/2005
Prof. Bekir ÖZER'in " Teknolojinin Bilimsel İlkeleri (I - II) Ders Notları " adlı kitaplarından Öğr.Grv. U. serdar ÖZER tarafından elektronik ortama aktarılmıştır, ANTALYA
Örnek 2: İki kişi şekilde gösterildiği gibi bir tahterevalli üzerinde oturuyorlar. Net
tork'u ve dönme hareketinin yönünü bulunuz.
Çözüm: Saat ibresinin hareket yönünü pozitif yön olarak kabul ederek; sağ tarafta
oturan kişinin denge noktasına göre tork'u
TR = FR . LR = 1200 N . 0,4 m
= 480 N . m
0.4 m
0.6 m
85 kg
120 kg
Şekil 1.5
Sol tarafta oturan kişinin aynı noktaya göre tork'u,
TL = FL . LL = 850 N. 0.6 m
= -510 N . m
olur.Ve toplam tork ise,
TT = TR + TL = 480- 510 = -30 N . m
bulunur. Bu durumda dönme hareketinin yönü ise saat ibresi yönündedir.
10/2005
Prof. Bekir ÖZER'in " Teknolojinin Bilimsel İlkeleri (I - II) Ders Notları " adlı kitaplarından Öğr.Grv. U. serdar ÖZER tarafından elektronik ortama aktarılmıştır, ANTALYA
Örnek 3: Bir makara sisteminde, şekil 1.6’da gösterildiği gibi ağırlıksız kabul edilen
iplerin ucuna ağırlıklar asılmıştır. Toplam tork'u ve dönmenin yönünü bulunuz.
L1=0.8 m
L2=0.3 m
Saat ibresi
yönü
F1=8 N
F2=20 N
Şekil 1.6
Çözüm: Saat ibresi yönü pozitif kabul edilirse,
T1 = F1 L1 = -(8 N ) (0,8 m ) = - 6,4 Nm
T2 = F2 L2 = ( 20 N) (0,3 m) = 6,0 Nm
TT = T1 + T2 = -6,4 + 6,0 = -0,4 Nm
Bu sonuca göre, makara sistemi 0,4 N.m'lik tork etkisiyle saat ibresinin ters yönünde bir
dönme hareketi yapacaktır.
Eğer bir sistemde toplam tork sıfır ise, sistem dönme
dengesindedir. Başka bir deyimle sabit hızla döner veya durumunu korur.
10/2005
Prof. Bekir ÖZER'in " Teknolojinin Bilimsel İlkeleri (I - II) Ders Notları " adlı kitaplarından Öğr.Grv. U. serdar ÖZER tarafından elektronik ortama aktarılmıştır, ANTALYA
1.3.2. Akışkan Sistemler
Hidrolik veya pinomatik sistemler diye adlandırdığımız akışkan sistemlerinde,
primer uyarıcı veya kuvvet benzeri etki, "basınç" diye adlandırılır. Basınç, akışkan
tarafından birim alana etki eden kuvvet diye tanımlanır ve
P = F/A
(1.6)
şeklinde formüle edilir. Burada,
P = basınç (N/m2),
F = kuvvet (N) ve
A=alan (m2) dir.
Örnek4:.Birhidrolik krikonun yük kapasitesi 20000 N/m2 ve büyük pistonun çapı 8
cm'dir.Akışkanın pistona uyguladığı kuvvet ne kadardır?
Çözüm:
A = п. r2 = 3,14.16 = 50,24 cm2
P = F / A buradan F = P . A = (20000 / 104 ).50,24
F = 100 N
10/2005
Prof. Bekir ÖZER'in " Teknolojinin Bilimsel İlkeleri (I - II) Ders Notları " adlı kitaplarından Öğr.Grv. U. serdar ÖZER tarafından elektronik ortama aktarılmıştır, ANTALYA
Örnek 5: Bir uçak penceresinin yüzey alanı 0,2 m2’dir. Kabin içindeki basınç, dış
basınçtan cm başına 18 N daha büyük olduğuna göre, pencereye uygulanan net kuvvet
ne kadardır?
Çözüm: F = P . A = 18 N/cm2 . 0,2 .104 cm2
F = 36000 N bulunur.
Bir akışkan olan gazın basıncı, içinde bulunduğu kapdaki molekül sayısına ve
moleküllerin çarpışmaları sonunda kazandıkları hızlara bağlıdır. Bu nedenle, bir gaz
üzerindeki basıncın veya kuvvetin artırılması, kap içindeki molekülleri artırmak veya
moleküllere dış kuvvetler uygulamak suretiyle olur. Basıncın azaltılmasını ise
moleküllerin bir kısmının kabı terketmesini sağlamak veya gaz moleküllerini daha geniş
bir kaba koymakla sağlayabiliriz. Basıncı artırmanın bir başka yolu, kapalı kap içine ısı
akışını sağlamaktır. Isı enerjisi moleküllerin hızlarını ve dolayısıyla gazın basıncını
artıracaktır. Eğer kapdaki moleküller (veya kap) soğutulursa, doğal olarak moleküllerin
hareket becerileri azalacağından basınç da azalacaktır.
Bir akışkan içindeki basınç, seçilen noktanın derinliğine bağlıdır. Bunun matematiksel
tanımı,
P = d.g.h
(1.7)
şeklindedir. Burada,
P= basınç (N/m2),
d= yoğunluk (kg/m3 ),
h= derinlik (m) ve
g= yerçekimi ivmesi (m/s2) dir.
Akışkan içerisinde hareket oluşumu, akışkan ortam içinde bir basınç farkı
yaratılması ile mümkün olur. Bu nedenle bir akışkan sistemi için kuvvet benzeri etki
doğrudan "basınç değişimi" olarak adlandırılır..
10/2005
Prof. Bekir ÖZER'in " Teknolojinin Bilimsel İlkeleri (I - II) Ders Notları " adlı kitaplarından Öğr.Grv. U. serdar ÖZER tarafından elektronik ortama aktarılmıştır, ANTALYA
Şekil 1.7'de valf li bir boru ile birbirine bağlanmış ve içlerinde farklı seviyelerde
akışkan bulunan iki tank gösterilmiştir. Bağlantı borusunun uçlarındaki P1 ve P2
basınçları her tankın içinde bulunan akışkanın derinliğine bağlıdır. 2 numaralı tankdaki
sıvı seviyesi, 1 numaralı tankdakinden daha fazla olduğundan, P2 basıncı P1’den daha
büyük olacaktır. Bağlantı borusundaki valf açıldığı zaman bu basınç farkı, akışkanın
borudan akmasına neden olacak ve bu akış hareketi iki tankdaki akışkan seviyeleri aynı
oluncaya
kadar devam edecektir.
Şekil 1.7
Bu durumda P1 ve P2 basıncı da birbirine eşit olacak ve başka bir deyimle sistem
dengeye gelecektir. Denge için sadece akışkan derinliklerinin aynı olması yeterlidir.
Tankların hacimlerinin veya şekillerinin değişik olması bu durumu etkilemez.
1.3.3. Elektriksel Sistemler
Elektriksel sistemlerde kuvvet benzeri etki veya ilk uyarıcı "gerilim" dir. Bazen
bu “potansiyel farkı” olarak da ifade edilir. Gerilim ya da potansiyel farkının
oluşabilmesi için sistemde elektriksel yüklerin ayrılması gerekmektedir.
Elektriksel yüklerin merkezi maddenin atomik yapısı içerisindedir. Bütün maddeler
atomların belirli bir biçimde düzenlenmesiyle oluşurlar. Şekil 1.8'de bir atomun yapısı
şematik olarak gösterilmiştir. Çekirdek içerisinde proton ve nötronlar var olup; protonlar
pozitif yüklü, nötronlar ise yüksüzdürler.
10/2005
Prof. Bekir ÖZER'in " Teknolojinin Bilimsel İlkeleri (I - II) Ders Notları " adlı kitaplarından Öğr.Grv. U. serdar ÖZER tarafından elektronik ortama aktarılmıştır, ANTALYA
Şekil 1.8: Çekirdek (protonlar ve nötronlar)
Çekirdek etrafındaki bulut görünümündeki yörüngelerde ise elektronlar sıralanmışlardır.
Her elektron bir protonun sahip olduğu pozitif elektrik yükü şiddetinde ancak negatif
elektrik yüküne sahiptir. Elektriksel olarak nötr olan bir atomda eşit sayıda proton ve
elektron vardır. Elektron ve nötronlar arasındaki karşılıklı elektriksel kuvvetlerin varlığı
"coulomb yasası" gereğidir. Pozitif ve negatif yüklerin ayrılmasıyla bu kuvvetlerin
ortaya çıkması sonucunda “potansiyel fark” (gerilim) oluşur.
Potansiyel farkının oluşması için bilinen dört farklı yöntem aşağıda belirtilmiştir.
Sürtünme; Bir kedi postuna elimizi sürtmek suretiyle statik elektrik elde edebiliriz.
Sürtünme sonucunda elektronlar posttan çıkacaklardır. Bu durumda postta pozitif
yükler, elimizde ise negatif yükler kalacaktır.
Kimyasal ; Pil, akü gibi elektrik üreten kaynaklarda kimyasal enerji nedeniyle yükler
ayrılmakta ve negatif-pozitif kutuplar meydana gelmektedir.
Manyetik etki ; Bir manyetik alanda, iletken telin hareket ettirilmesiyle oluşan kuvvet,
elektrik yükleri üzerine etki yapmakta ve onları negatif-pozitif olarak ayırabilmektedir.
Optik etki ; Bazı metaller üzerine ışık düşürüldüğü zaman atomlardan elektron
sökülebildiği saptanmıştır. Buna fotoelektrik olay adı verilir.
10/2005
Prof. Bekir ÖZER'in " Teknolojinin Bilimsel İlkeleri (I - II) Ders Notları " adlı kitaplarından Öğr.Grv. U. serdar ÖZER tarafından elektronik ortama aktarılmıştır, ANTALYA
Nötr cisimlerde aynı miktarda pozitif ve negatif yük bulunur. Elektron fazlalığı
olan maddeye negatif yüklü, elektron noksanlığı olan maddeye ise pozitif yüklü denilir.
Eğer elektronların bir yerden başka bir yere hareketi sağlanırsa, bu takdirde elektrik
akımı oluşmuş demektir. Yükler hareket edinceye kadar seçilen iki nokta veya yer aynı
potansiyeldedir. Ancak bir potansiyel farkı oluşturulursa yükler hareket edebilir. Bu aynı
akışkanlarda hareketin, bir basınç farkıyla oluşması olayına benzer. Başka bir deyimle,
elektriksel sistemlerde "kuvvet benzeri etki" potansiyel farkı veya gerilimdir.
Elektrik akımı, bir sistem içerisinde yüklerin hareketidir. Elektrik akımının
meydana gelmesi için birbirlerine bir iletkenle bağlanmış iki nokta ve bunlar arasında
bir potansiyel farkının olması gerekmektedir. Eğer potansiyel farkı yok ise yükler akmaz
ve sistem elektriksel olarak dengede demektir.
Bir elektriksel sistemde, iki nokta arasındaki potansiyel farkı volt ile ölçülür ve
(V) ile gösterilir. Eğer bir elektrik devresi birden fazla ve seri bağlanmış güç kaynakları
içeriyorsa, toplam gerilim bunların ayrı ayrı toplamına eşittir.
Şekil 1.9(a)'da, iki güç kaynağı (batarya) seri olarak (birinin pozitif ucu diğerinin
negatif ucuna) bağlanmışlardır. Bu bağlanış biçimi
A
3V
A
3V
VAB=6 V
3V
VAB=0 V
3V
B
(a)
B
(b)
Şekil 1.9
10/2005
Prof. Bekir ÖZER'in " Teknolojinin Bilimsel İlkeleri (I - II) Ders Notları " adlı kitaplarından Öğr.Grv. U. serdar ÖZER tarafından elektronik ortama aktarılmıştır, ANTALYA
her iki bataryada akımın yönünün aynı olmasını sağlar. Toplam gerilim, güç
kaynaklarının gerilimlerinin toplamıdır. Bu şekilde A ve B uçları arasında oluşan
potansiyel farkı yüklerin akışına neden olur. Şekil 1.9 (b)'de ise bataryalar ters
bağlandıklarından (paralel) ve bu nedenle akımı zıt yönlerde akıtmak istediklerinden
dolayı elektrik akımı elde edilemez.
1.3.4. Termal Sistemler
Termal sistemlerde kuvvet benzeri etki veya ilk uyarıcı "sıcaklık farkı"dır.
Sembolik gösterilişi ∆T şeklindedir. Isı enerjisi daima sıcak olan bölgelerden soğuk olan
bölgelere akar. Herhangi bir sistem içinde akış hızı (akış oranı) sıcaklık farkına bağlıdır.
Bu da akışkanlardaki basınç farkına ve elektrik akımındaki gerilim farkına benzer bir
etkidir.
Buz-su karışımı
Şekil 1.10
Şekil 1.10'da gösterildiği gibi oda sıcaklığındaki bir bardak su içine buz parçaları
atıldığında sıcaklık farkından kaynaklanan ısı enerjisi nedeniyle bir ısı akışı oluşacak ve
buz erimeye başlayacaktır. Isı akışı, sistemde aynı sıcaklık değeri oluşuncaya kadar
devam edecektir. Başka bir deyişle, sonuçta termal ( ısısal ) denge koşulları oluştuğunda
ısı enerjisi akışı duracaktır. Çünkü sıcaklık farkı sıfır olmuş ve dolayısı ile kuvvet
benzeri etki de ortadan kalkmıştır. Hareket etmeyen bütün maddelerin molekülleri de
düzenlidir. Maddeye ısı enerjisi vermekle moleküller kinetik enerji kazanırlar ve hareket
etmeğe başlarlar.Bu enerji maddenin molekülleri arasında var olan kuvvet etkisiyle
transfer edilir ve iletilir.
10/2005
Prof. Bekir ÖZER'in " Teknolojinin Bilimsel İlkeleri (I - II) Ders Notları " adlı kitaplarından Öğr.Grv. U. serdar ÖZER tarafından elektronik ortama aktarılmıştır, ANTALYA
Sıcaklık, bir maddenin moleküllerinin ortalama kinetik enerjilerinin bir
ölçüsüdür. Şekil 1.11'de en çok kullanılan iki sıcaklık ölçeği sistemi gösterilmiştir.
Suyun kaynama noktası
1000 C
2120 F
100 eşit bölme
180 eşit bölme
Buzun erime noktası
00 C
320 F
CELSIUS Termometresi
FAHRENHEIT Termometresi
Şekil 11
Fahrenheit sistemi İngiliz birim sisteminde, Celsius sistemi ise SI birim sisteminde
kullanılmaktadır.
Bu iki sıcaklık birimi sistemi arasındaki ilişki,
T° F = 32° F + 9/5 T° C
(1.8)
T° C = 5/9 (T° F - 32° F)
(1.9)
şeklindedir.
Sonuç olarak; Termal sistemlerde, sıcaklık farkı ısı akışına neden olmaktadır. Bu
nedenle sıcaklık farkı "kuvvet benzeri etki" dır.
1.4. Özet
Kuvvet ve kuvvet benzeri etkiler tüm fiziksel sistemlerde ilk uyarıcı görevi
görürler. Bunların en önemlileri; net kuvvet, net tork, basınç farkı, gerilim (potansiyel)
farkı ve sıcaklık farkı’dır. Bütün bu kavramlar bulundukları sistemlerde benzeri etkiler
10/2005
Prof. Bekir ÖZER'in " Teknolojinin Bilimsel İlkeleri (I - II) Ders Notları " adlı kitaplarından Öğr.Grv. U. serdar ÖZER tarafından elektronik ortama aktarılmıştır, ANTALYA
yaparlar. Bu temel çok önemli fiziksel kavramlar diğer enerji sistemlerindeki benzer
problemlerin çözümünde ve uygulamalarında yol göstericidirler. Aşağıdaki tabloda,
şimdiye kadar incelediğimiz “kuvvet benzeri etkiler” hakkındaki özet bilgiler
verilmiştir.
KUVVET BENZERİ ETKİLER
Enerji sistemi
Etkiler
Birimler
Hareketli
a. Translasyon
Kuvvet
N
Kütle
b. Rotasyon
Tork
Nm
Kütle
Akışkanlar
Basınç
N/m2
Akışkan
Elektriksel
Gerilim
V
Yük
Isısal
Sıcaklık
Mekaniksel
0
C
Isı enerjisi
1.5. Problemler
1. Kuvvet, tork, basınç, gerilim ve sıcaklık farkı kavramlarını tanımlayınız ve etkili
oldukları yerleri belirtiniz.
2. Bir cisim üzerine 40 N sağa doğru, 180 N sola doğru ve 200 N sağa doğru olmak
üzere üç kuvvet uygulanmaktadır. Bileşke kuvvet ve hareketin yönünü bulunuz.
3. Şekilde durmakta olan bir cisim üzerine etkiyen 5 kuvvet gösterilmiştir. Bileşke
kuvveti ve hareket yönünü bulunuz.
10/2005
Prof. Bekir ÖZER'in " Teknolojinin Bilimsel İlkeleri (I - II) Ders Notları " adlı kitaplarından Öğr.Grv. U. serdar ÖZER tarafından elektronik ortama aktarılmıştır, ANTALYA
8N
8N
4. 10 N' luk bir kuvvet 32,8 N.m2'lik bir tork oluşturmak için kullanılmaktadır. Moment
kolunu hesaplayınız.
5. 3 kütle şekilde gösterildiği gibi bir çubuğa asılmışlardır. Net torku ve dönme
hareketinin yönünü bulunuz.
40 cm
30 cm
20 cm
2 kg
4 kg
4 kg
6. 550 N ağırlığında bir bayan sivri topuklu ayakkabı giymektedir. Topuk kısmının
ölçüleri 0,25 cm ve 0,25 cm' dir. Eğer bütün ağırlığın bir topuk üzerinde
yoğunlaştırıldığı (tek ayak üzerinde) kabul edilirse taban döşemesine uygulanan basınç
ne olacaktır?
7. Bir gölün 250 m derinliğindeki su basıncını hesaplayınız. (Suyun yoğunluğu 1200
kg/m3 dür.)
8. Açık su tankının dibindeki emniyet basıncının 105 N/m2 olması isteniyor. Bunun için
tanktaki suyun derinliği ne olmalıdır? (Suyun yoğunluğu 1000 kg/m3)
10/2005
Prof. Bekir ÖZER'in " Teknolojinin Bilimsel İlkeleri (I - II) Ders Notları " adlı kitaplarından Öğr.Grv. U. serdar ÖZER tarafından elektronik ortama aktarılmıştır, ANTALYA
9. Aşağıdaki şekillerde belirtilen elektrik devrelerinde toplam gerilimi hesaplayınız.
6V
6V
3V
A
1,5 V
B
3V
A
1,5 V
(a)
B
(b)
10. Mekanik, akışkan, elektrik ve termal sistemde denge için gerekli koşulları
tanımlayınız.
11. Sürtünmesiz bir makara sisteminde şekilde görüldüğü gibi 3 kg ve 5 kg' lık kütleler
asılmıştır. Net torku ve dönme yönünü bulunuz. (Burada L1 = 0,25 m ve L2 = 0,5 m dir.)
L1
L2
3 kg
5 kg
12. Küçük bir barajın suyla temas eden yüzeyinin alanı 600 m2 dir. Su tarafından 12108
N' luk bir kuvvet uygulanabilineceği \/ar sayıldığına göre, barajın dayanma basıncı en az
ne olmalıdır?
10/2005
Prof. Bekir ÖZER'in " Teknolojinin Bilimsel İlkeleri (I - II) Ders Notları " adlı kitaplarından Öğr.Grv. U. serdar ÖZER tarafından elektronik ortama aktarılmıştır, ANTALYA
13. Aynı cisme etki eden 5 ayrı kuvvet aşağıdaki şekilde şematik olarak
gösterilmektedir. Eğer bu kuvvetlerin etkisinde olan cismin denge konumu
bozulmuyorsa bilinmeyen F kuvveti kaç N olmalıdır?
FN
18 N
20 N
78 N
45 N
14. Üç kütle şekilde görüldüğü gibi, kütlesi önemsenmeyen bir yatay çubuk üzerine
asılmışlardır. Dönme hareketini engellemek için çubuğun sağ ucuna hangi yönde ve kaç
N' luk bir kuvvet uygulanmalıdır?
60 cm
40 cm
20 cm
20 cm
F=?
8 kg
3 kg
5 kg
15. Derinliği 6 m olan bir tank bir akışkan ile doldurulmuştur. Tankın dibinde basınç
10N/m2 olduğuna göre akışkanın yoğunluğu ne kadardır?
10/2005