Eğik Düzlem

Tarih öncesi çağlardan beri çeşitli işlerin yapılması için eğik düzlem kullanıldı. Günlük hayatta, uygulanan kuvveti azaltarak işlerin yapımını kolaylaştırmayı sağlayan basit makinelerdendir. Yükü belli bir yüksekliğe kaldırmak için kullanır. kazanç sağlanırken yoldan kayıp vardır.

Öğrenme kazanımları

• Eğik düzlemdeki cisimlere kuvvetlerin nasıl etki ettiğini anlamak.
• Yerçekimi kuvvetinin düzleme paralel ve dik bileşenlerinin incelenmesi.
• Newton'un ikinci yasasını eğik düzlemlerde hareket eden cisimlere uygulamak.
• Farklı kuvvetlerin hareketi etkilemek için nasıl etkileşime girdiğini anlamak.
• Statik ve kinetik sürtünme arasındaki farkı ve bunların hareketi nasıl etkilediğini anlamak.
• Eğik düzlemlerin nesneleri kaldırmada nasıl mekanik avantaj sağladığını öğrenmek.
• Kuvvet ve mesafe arasındaki dengeyi anlamak.
• Eğik düzlemlerde kuvvetleri, ivmeyi ve hareketi ölçmek için deneyler tasarlama.
• Eğik düzlemin ayarlanması ve doğru ve tutarlı ölçümlerin sağlanması.
• Boyutlar: 26 × 40 × 15 cm

Çalışma prensibi

Eğik düzlem, bir yükü belirli bir yüksekliğe taşımayı kolaylaştıran basit bir makinedir. Yükü doğrudan yukarı kaldırmak yerine, eğimli bir yüzey boyunca hareket ettirmemizi sağlar.

Aynı yüksekliğe ulaşmak için daha uzun ve daha az eğimli bir rampa kullanıldığında, sürtünmenin küçük olduğu koşullarda daha az çekme kuvveti gerekir. Buna karşılık yük daha uzun bir yol boyunca taşınır. Kuvvetten kazanç sağlanırken alınan yol artar.

Rampanın üzerindeki cismin ağırlığı dikey olarak aşağıya etki eder. Bu ağırlığın bir bileşeni cismi rampa boyunca aşağıya çeker. Yüzeyler arasındaki sürtünme ise cismin kaymasını zorlaştırır. Cismi yukarı doğru yavaş ve sabit hızla çekerken uygulanan kuvvet, aşağı yönlü bu etkileri dengeler

• Eğik platform: Deney bloğunun hareket ettiği yüzeydir.
• Taban: Düzeneği destekler.
• Açı ölçeği ve ayar mekanizması: Rampanın eğimini ayarlamayı ve okumayı sağlar.
• Makara: İple uygulanan çekme kuvvetinin yönünü değiştirmeye yardımcı olur.
• Deney blokları: Kuvvet ve sürtünme deneylerinde kullanılır.
• İp: Blok ile çekme veya ölçüm sistemi arasında bağlantı kurar.
• Ek metal yükler: Uygun biçimde sabitlenerek yükün etkisini incelemekte kullanılabilir.

Bu tanıtım, ürün görselinde görülen parçaları esas alır.

Deneyler için ek malzemeler

Newton (N) biriminde ölçüm yapan uygun aralıklı bir dinamometre, cetvel veya şerit metre ve gözlem kâğıdı gerekir. Yüzey karşılaştırması için ince bir keçe ya da kumaş parçası kullanılabilir.

Kullanıma hazırlık

• Düzeneği düz ve kaymayan bir masa üzerine yerleştirin.
• İlk açı ayarını platform boşken yapın. Rampayı destekleyerek istediğiniz açıya getirin ve ayar mekanizmasını sabitleyin.
• Bloğu platforma yerleştirin. Alt uçta bloğun düşmesini önleyecek yumuşak bir durdurucu bulundurun.
• Çekme deneylerinde ipi bloğa ve dinamometreye bağlayın. İpin doğrultusunu eğik yüzeye paralel tutun.
• Makara kullanıyorsanız ipin makaraya ve başka parçalara takılmadan hareket ettiğini kontrol edin.
• Dinamometrenin yüksüz durumdaki sıfırını kontrol edin. Ölçümleri blok yavaş ve yaklaşık sabit hızla hareket ederken okuyun.

Tek bir sabit makara ideal koşullarda çekme yönünü değiştirir; kendi başına kuvvetten kazanç sağlamaz. Makara sürtünmesi ölçülen kuvveti etkileyebilir.

1. Deney — Eğim değişince çekme kuvveti nasıl değişir?

Amaç: Aynı bloğu farklı eğimlerde yukarı çekmek için gereken kuvvetleri karşılaştırmak.

Uygulama

• Aynı deney bloğunu kullanarak rampayı düşük bir açıya ayarlayın.
• Bloğu dinamometreyle, düzleme paralel doğrultuda yavaş ve sabit hızla yukarı çekin.
• Hareket sırasında okunan kuvveti kaydedin.
• Aynı ölçümü üç kez yapıp ortalamasını bulun.
• Orta ve daha yüksek bir eğimde işlemleri tekrarlayın. Bloğu, temas yüzeyini ve çekme yöntemini değiştirmeyin.
• Düşük eğim: …° … N
• Orta eğim: …° … N
• Daha yüksek eğim: …° … N

Beklenen gözlem: Eğim arttıkça ağırlığın cismi rampa boyunca aşağıya çeken bileşeni artar. Sürtünmenin küçük olduğu koşullarda yukarı çekmek için gereken kuvvetin de artması beklenir.

Düşünelim: Daha dik bir rampada yük taşımak neden zorlaşır?

Bu deneyde aynı rampanın açısı değiştiği için üst ucunun yüksekliği de değişir.

2. Deney — Aynı yüksekliğe iki farklı yoldan çıkalım

Amaç: Dikey kaldırma ile eğik düzlem boyunca çekmeyi kuvvet ve yol bakımından karşılaştırmak.

Uygulama

• Bloğu dinamometreye asıp kısa bir mesafe kaldırarak ağırlığını G, newton cinsinden ölçün.
• Rampada iki konum belirleyin. Aralarındaki eğik yol uzunluğunu s, dikey yükseklik farkını h olarak ölçün.
• Bloğu ilk konumdan ikinciye yavaş ve sabit hızla çekin. Yaklaşık ortalama kuvveti F olarak kaydedin.
• Aynı bloğun dikey olarak h kadar kaldırılmasıyla bu hareketi karşılaştırın.
• Yol ölçülerini metreye çevirerek aşağıdaki hesapları yapın.
• Dikey kaldırma: G = … N h = … m G × h = … J
• Rampa boyunca çekme: F = … N s = … m F × s = … J

Beklenen gözlem: Düşük sürtünmeli bir rampada çekme kuvveti, yükün ağırlığından küçük olabilir; ancak çekilen yol dikey yükselmeden uzundur. Sürtünmesiz ideal durumda iki yöntemle yapılan iş eşittir. Gerçek rampada sürtünme nedeniyle daha fazla iş yapılabilir.

Bu karşılaştırma, eğik düzlem deneylerinde iş ve enerji ilişkisini incelemek için kullanılan bir yöntemdir.

Düşünelim: Daha az kuvvet uygulamak, her zaman daha az enerji harcamak anlamına gelir mi?

3. Deney — Blok hangi açıda kaymaya başlar?

Amaç: Hareketsiz bloğu yerinde tutan statik sürtünmenin etkisini gözlemek.

Uygulama

• Bloğun ip bağlantısını ayırın ve rampayı düşük bir açıya getirin.
• Bloğu platforma yerleştirin. Elinizle itmeyin.
• Rampayı destekleyerek eğimi yavaşça artırın.
• Bloğun kendiliğinden kaymaya başladığı açıyı okuyun. Bloğu alt uçta güvenli biçimde durdurun.
• Aynı blok ve aynı temas yüzeyiyle üç ölçüm yapın.
• İsterseniz rampaya ince bir kumaşı düz ve sabit biçimde yerleştirerek aynı işlemleri tekrarlayın.
• 1: …°
• 2: …°
• 3: …°
• Ortalama: …°

Beklenen gözlem: Blok küçük eğimlerde hareketsiz kalabilir. Eğim arttıkça aşağı yönlü etki büyür; statik sürtünmenin tutabileceği sınır aşıldığında blok kaymaya başlar. Yüzey çifti değiştiğinde bu açı da değişebilir.

Güvenli kullanım ve saklama

• Açı ayarı yaparken rampayı elinizle destekleyin; parmaklarınızı hareketli bağlantılardan uzak tutun.
• Bloğun masa kenarından düşmesini önleyin.
• Ek yükleri devrilmeyecek ve kaymayacak biçimde sabitleyin.
• Dinamometrenin ölçüm aralığını aşmayın.
• İpi veya askıdaki yükleri aniden bırakmayın.
• Sürtünme deneylerinde yüzeye yağ sürmeyin.
• Kullanım sonunda yükleri kaldırın; düzeneği kuru ortamda saklayın.

Günlük hayattan örnekler

Tekerlekli sandalye rampaları, yükleme rampaları ve otopark rampaları eğik düzlem örnekleridir. Bu yapılarda eğim, yol uzunluğu, yüzey tutuşu ve taşınacak yük birlikte değerlendirilir.