Günlük hayatta sıkça kullandığımız basit makineler (kaldıraç, makara, eğik düzlem, vida, çıkrık, tekerlek, kama gibi) iş yapma kolaylığı sağlayan araçlardır. Bu derste temel bir soruyu cevaplayacağız: "Basit makineler bize işten kazanç sağlar mı?" Fiziksel anlamda "iş" kavramını hatırlayarak başlayalım.
Fizikte iş, bir cisme uygulanan kuvvetin cismi kendi doğrultusunda hareket ettirmesiyle yapılır. Matematiksel ifadesi:
\( W = F \cdot x \cdot \cos\theta \)
Burada W iş (Joule), F kuvvet (Newton), x yol (metre) ve θ kuvvet ile yol arasındaki açıdır.
Fizik yasaları bize şunu söyler: Hiçbir basit makine veya makine kombinasyonu bize işten kazanç sağlamaz. Bu, Enerjinin Korunumu Yasası'nın doğrudan bir sonucudur.
Basit makinelerde:
Matematiksel olarak ifade edersek:
\( F_g \cdot x_g = F_y \cdot x_y \)
Burada Fg giriş kuvveti, xg giriş yolu, Fy çıkış kuvveti (yük), xy çıkış yoludur.
İşten kazanç olmamasına rağmen, basit makineler bize çok önemli avantajlar sunar:
Daha az kuvvetle daha büyük yükleri kaldırmamızı sağlar. Örneğin:
Ancak unutmayın: Kuvvetten kazanç varsa, yoldan kayıp vardır! Daha az kuvvet uygularsınız ama kuvveti daha uzun yolda uygularsınız.
Bazı basit makineler (sabit makara gibi) kuvvetten kazanç sağlamaz ama uyguladığımız kuvvetin yönünü değiştirerek iş yapmayı kolaylaştırır.
Kuvvetin yönünü değiştirerek daha ergonomik çalışmamızı sağlar. Örneğin bayrak direğindeki makara.
Gerçek hayatta sürtünme her zaman vardır, bu nedenle:
\( \text{Verim} = \frac{\text{Yararlı İş}}{\text{Harcanan İş}} \times 100\% \)
İdeal makinelerde verim %100'dür (sürtünme yok). Gerçek makinelerde ise verim her zaman %100'den küçüktür çünkü bir kısım enerji ısıya dönüşür.
Basit makineler fiziksel anlamda "iş" miktarını artırmaz ama insanların iş yapabilirliğini, konforunu ve etkinliğini önemli ölçüde artırır. Bu nedenle teknolojik gelişmelerin temel yapı taşlarıdır.
