💡 11. Sınıf Fizik: Tork Denge Çözümlü Örnekler
11. Sınıf Fizik: Tork Denge Çözümlü Örnekler
👉 Bir kapının menteşelerine olan uzaklığı \( 80 \text{ cm} \) olan noktasına, kapı yüzeyine dik olacak şekilde \( 20 \text{ N} \) büyüklüğünde bir kuvvet uygulanmaktadır.
Bu kuvvetin menteşelere göre oluşturduğu torkun büyüklüğü kaç \( \text{N} \cdot \text{m} \)'dir? 🚪
- 📌 Öncelikle verilen uzaklığı metreye çevirelim: \( d = 80 \text{ cm} = 0.8 \text{ m} \).
- 📌 Uygulanan kuvvet \( F = 20 \text{ N} \).
- 📌 Kuvvet kapı yüzeyine dik uygulandığı için, dik uzaklık doğrudan \( d \) olacaktır.
- ✅ Torkun büyüklüğü \( \tau = F \cdot d \) formülüyle bulunur.
- Hesaplama: \( \tau = 20 \text{ N} \cdot 0.8 \text{ m} = 16 \text{ N} \cdot \text{m} \).
Bu kuvvetin menteşelere göre oluşturduğu torkun büyüklüğü \( 16 \text{ N} \cdot \text{m} \)'dir.
\( O \) noktasına olan uzaklıklar: \( F_1 \) kuvveti \( O \) noktasından \( 2 \text{ m} \) uzakta ve çubuğa diktir. \( F_2 \) kuvveti ise \( O \) noktasından \( 4 \text{ m} \) uzakta ve çubuğa diktir.
Bu durumda çubuğa etki eden net torkun büyüklüğü ve yönü nedir? 🔄
- 💡 \( F_1 \) kuvvetinin torku:
- Kuvvet: \( F_1 = 10 \text{ N} \)
- Dik uzaklık: \( d_1 = 2 \text{ m} \)
- Yönü: Çubuğu saat yönünün tersine döndürme eğilimindedir.
- Tork: \( \tau_1 = F_1 \cdot d_1 = 10 \text{ N} \cdot 2 \text{ m} = 20 \text{ N} \cdot \text{m} \) (Saat yönünün tersi).
- 💡 \( F_2 \) kuvvetinin torku:
- Kuvvet: \( F_2 = 5 \text{ N} \)
- Dik uzaklık: \( d_2 = 4 \text{ m} \)
- Yönü: Çubuğu saat yönünde döndürme eğilimindedir.
- Tork: \( \tau_2 = F_2 \cdot d_2 = 5 \text{ N} \cdot 4 \text{ m} = 20 \text{ N} \cdot \text{m} \) (Saat yönü).
- 📌 Net tork hesabı:
- Saat yönünün tersi torku negatif, saat yönü torku pozitif alırsak:
- \( \tau_{\text{net}} = -\tau_1 + \tau_2 = -20 \text{ N} \cdot \text{m} + 20 \text{ N} \cdot \text{m} = 0 \text{ N} \cdot \text{m} \).
✅ Çubuğa etki eden net torkun büyüklüğü \( 0 \text{ N} \cdot \text{m} \)'dir. Bu durum, çubuğun dönme dengesinde olduğunu gösterir.
Destekler çubuğun uçlarında yer aldığına göre, \( X \) ve \( Y \) desteklerinin çubuğa uyguladığı tepki kuvvetlerinin büyüklükleri kaçar Newton'dur? ⚖️
- 💡 Kuvvetlerin gösterimi:
- Aşağı yönlü kuvvet: Yükün ağırlığı \( G = 30 \text{ N} \). Bu kuvvet çubuğun orta noktasında, yani her iki destekten \( 3 \text{ m} \) uzakta etki eder.
- Yukarı yönlü kuvvetler: \( X \) desteğinin tepki kuvveti \( N_X \) ve \( Y \) desteğinin tepki kuvveti \( N_Y \).
- 📌 Öteleme dengesi (\( \sum F_y = 0 \)):
- Yukarı yönlü kuvvetler = Aşağı yönlü kuvvetler
- \( N_X + N_Y = G \)
- \( N_X + N_Y = 30 \text{ N} \) (Denklem 1)
- 📌 Dönme dengesi (\( \sum \tau = 0 \)):
- Dönme noktası olarak herhangi bir destek noktasını seçebiliriz. \( X \) noktasını seçelim.
- \( X \) noktasına göre tork oluşturan kuvvetler: \( G \) (saat yönünde) ve \( N_Y \) (saat yönünün tersine).
- \( G \cdot d_G = N_Y \cdot d_Y \)
- \( 30 \text{ N} \cdot 3 \text{ m} = N_Y \cdot 6 \text{ m} \)
- \( 90 = 6 \cdot N_Y \)
- \( N_Y = \frac{90}{6} = 15 \text{ N} \)
- 📌 \( N_X \) değerini bulmak:
- Denklem 1'i kullanalım: \( N_X + N_Y = 30 \)
- \( N_X + 15 = 30 \)
- \( N_X = 30 - 15 = 15 \text{ N} \)
✅ Buna göre, \( X \) desteğinin tepki kuvveti \( 15 \text{ N} \) ve \( Y \) desteğinin tepki kuvveti \( 15 \text{ N} \)'dir.
Buna göre, ipin gerilme kuvvetinin büyüklüğü kaç Newton'dur? (Sinüs ve kosinüs değerleri için: \( \sin 30^\circ = 0.5 \), \( \cos 30^\circ = 0.87 \)) 🔗
- 💡 Kuvvetlerin ve uzaklıkların belirlenmesi:
- Çubuğun ağırlığı \( G_{\text{çubuk}} = 20 \text{ N} \). Türdeş olduğu için ağırlık merkezi çubuğun orta noktasındadır. Eğer çubuğun uzunluğu \( L \) ise, menteşeden uzaklığı \( L/2 \)'dir.
- Yükün ağırlığı \( G_{\text{yük}} = 40 \text{ N} \). Çubuğun serbest ucuna asıldığı için menteşeden uzaklığı \( L \)'dir.
- İp gerilmesi \( T \). İp çubuğun serbest ucuna bağlıdır, bu yüzden menteşeden uzaklığı \( L \)'dir.
- 📌 Tork denge şartı (\( \sum \tau_{\text{menteşe}} = 0 \)):
- Saat yönü torklar = Saat yönünün tersi torklar.
- Çubuğun ağırlığı ve yükün ağırlığı saat yönünde tork oluşturur. İp gerilmesi ise saat yönünün tersine tork oluşturur.
- Tork hesaplarken kuvvetin dönme noktasına olan dik uzaklığını kullanmalıyız. Çubuk yatay ile \( 30^\circ \) açı yaptığı için, düşey kuvvetlerin dik uzaklığı menteşeden olan yatay uzaklıklarıdır. İp gerilmesinin dik uzaklığı ise biraz daha karmaşıktır.
- Ancak daha kolay bir yöntem, kuvvetlerin bileşenlerini almak veya kuvvetin kendisinin dönme noktasına olan dik uzaklığını bulmaktır.
- Burada, dönme noktasına göre tork \( \tau = F \cdot d_{\text{dik}} \) veya \( \tau = F \cdot r \cdot \sin\theta \) formülüyle hesaplanır. \( \theta \) kuvvet ile konum vektörü arasındaki açıdır.
- 💡 Her bir kuvvetin torku:
- Çubuk ağırlığının torku (\( \tau_{\text{çubuk}} \)):
- Kuvvet \( G_{\text{çubuk}} = 20 \text{ N} \). Menteşeden uzaklık \( L/2 \).
- Bu kuvvet düşey aşağı yönlüdür. Çubuk yatay ile \( 30^\circ \) açı yaptığı için, kuvvetin çubuğa dik bileşeni \( G_{\text{çubuk}} \cdot \cos 30^\circ \) değildir. Dik uzaklık, çubuğun uzunluğunun sinüs bileşeni ile verilir. Veya daha basitçe, kuvvetin kendisinin dönme noktasına olan dik uzaklığı \( (L/2) \cdot \cos 30^\circ \) olarak alınabilir.
- Ancak, daha pratik yaklaşım, kuvveti ve çubuğu bir vektör olarak düşünerek \( \tau = F \cdot r \cdot \sin\theta \) kullanmaktır. Burada \( \theta \) kuvvetin yönü ile çubuk arasındaki açıdır. Düşey kuvvetler için, çubukla yaptıkları açı \( 90^\circ + 30^\circ = 120^\circ \) veya \( 90^\circ - 30^\circ = 60^\circ \) olarak düşünülebilir. Ya da doğrudan kuvvetin dik bileşeni veya dik uzaklığı alınır.
- Burada, çubuk yatay ile \( 30^\circ \) açı yaptığına göre, düşey kuvvetler için dönme noktasına olan dik uzaklık, çubuğun yataydaki izdüşümüdür. Dik uzaklık \( d_{\text{çubuk}} = (L/2) \cdot \cos 30^\circ \). \( \tau_{\text{çubuk}} = G_{\text{çubuk}} \cdot (L/2) \cdot \cos 30^\circ = 20 \cdot (L/2) \cdot 0.87 = 8.7 L \) (Saat yönü).
- Yük ağırlığının torku (\( \tau_{\text{yük}} \)):
- Kuvvet \( G_{\text{yük}} = 40 \text{ N} \). Menteşeden uzaklık \( L \).
- Dik uzaklık \( d_{\text{yük}} = L \cdot \cos 30^\circ \).
- \( \tau_{\text{yük}} = G_{\text{yük}} \cdot L \cdot \cos 30^\circ = 40 \cdot L \cdot 0.87 = 34.8 L \) (Saat yönü).
- İp gerilmesinin torku (\( \tau_{\text{ip}} \)):
- İp gerilmesi \( T \). Menteşeden uzaklık \( L \).
- İp, çubukla dik açı yapmadığı için, ipin çubuğa dik bileşenini almalıyız. İp yatay ile \( 30^\circ \) açı yapıyor. Çubuk da yatay ile \( 30^\circ \) açı yapıyor. Bu durumda ip çubuğa paraleldir. Hayır, bu yanlış bir yorum. İp tavana bağlıdır ve çubuk yatay ile 30 derece yapıyor. İpin çubukla yaptığı açı \( \alpha \). İp tavana bağlı olduğu için, ip ile yatay arasındaki açı \( 30^\circ \) olarak verilmiş. Bu, ipin yatay ile \( 30^\circ \) yaptığı anlamına gelir. Çubuk da yatay ile \( 30^\circ \) açı yaptığına göre, ip ve çubuk birbirine paraleldir. Bu durumda ipin çubuğa dik bileşeni sıfır olur ve tork oluşturmaz. Bu durumda çubuk dengede kalamaz.
- Sorunun "İp çubuğun serbest ucuna bağlıdır ve yatay ile \( 30^\circ \) açı yapacak şekilde tavana bağlanarak dengede tutulmaktadır" ifadesi, ipin çubukla yaptığı açıyı dolaylı olarak veriyor. Eğer çubuk yatay ile \( 30^\circ \) açı yapıyorsa ve ip de yatay ile \( 30^\circ \) açı yapıyorsa, ip ve çubuk paraleldir. Bu durum tork için uygun değildir.
- Düzeltme: Genellikle bu tür sorularda ipin çubukla yaptığı açı verilir veya ipin yatayla yaptığı açı farklı olur. Eğer ip yatay ile \( 30^\circ \) açı yapıyorsa ve çubuk da yatay ile \( 30^\circ \) açı yapıyorsa, ip çubuğa paraleldir. Bu durumda ipin torku sıfır olurdu. Bu, sorunun mantığına aykırı. Büyük ihtimalle kastedilen, ipin çubuğa dik olması veya ipin düşey ile belirli bir açı yapmasıdır. Ya da ipin yatayla yaptığı açı çubuğun yatayla yaptığı açıdan farklıdır. Varsayalım ki ipin çubukla yaptığı açı \( 90^\circ \) olsun (yani ip çubuğa dik olsun), bu en yaygın durumdur. Ya da ipin yatay ile yaptığı açı \( \theta_{\text{ip}} \) ve çubuğun yatay ile yaptığı açı \( \theta_{\text{çubuk}} \) ise, ipin çubukla yaptığı açı \( |\theta_{\text{ip}} - \theta_{\text{çubuk}}| \) veya \( 180^\circ - |\theta_{\text{ip}} - \theta_{\text{çubuk}}| \) olur. Soruda "çubuk, yatay ile \( 30^\circ \) açı yapacak şekilde bir iple tavana bağlanarak dengede tutulmaktadır. İp çubuğun serbest ucuna bağlıdır." deniyor. Bu, ipin de çubukla aynı açıyı yapması gerektiği anlamına gelmiyor. En standart yorum, ipin yatay ile \( 30^\circ \) açı yapması ve çubuğun da yatay ile \( 30^\circ \) açı yapmasıdır. Bu durumda ip ve çubuk paraleldir. Bu durumda ipin torku sıfırdır. Tekrar düzeltme ve standart yorum: Bu tür sorularda ipin çubukla yaptığı açı \( \alpha \) verilir. Eğer verilmemişse ve ip tavana bağlıysa, ipin düşeyle veya yatayla yaptığı açı verilir. Burada "çubuk, yatay ile \( 30^\circ \) açı yapacak şekilde bir iple tavana bağlanarak dengede tutulmaktadır" cümlesinden, ipin çubuğa dik olduğu veya ipin çubukla farklı bir açı yaptığı çıkarımı yapılmalıdır. En yaygın senaryo, ipin düşey ile \( 30^\circ \) açı yapması veya çubuğa dik olmasıdır. Eğer ip çubuğa dik ise: \( \tau_{\text{ip}} = T \cdot L \) (Saat yönünün tersi). Eğer ip yatay ile \( 30^\circ \) açı yapıyorsa ve çubuk da yatay ile \( 30^\circ \) açı yapıyorsa, o zaman ipin çubukla yaptığı açı \( 0^\circ \) veya \( 180^\circ \) olur ve torku sıfır olur. Bu durumda çubuk dengede kalamaz. Varsayım: Soruda bir anlatım eksikliği var. Genellikle bu tür sorularda ipin çubuğa dik olduğu varsayılır veya ipin düşeyle yaptığı açı verilir. Yeni Yorum: "Çubuk, yatay ile \( 30^\circ \) açı yapacak şekilde bir iple tavana bağlanarak dengede tutulmaktadır." Bu ifade, ipin kendisinin yatayla \( 30^\circ \) açı yaptığını değil, çubuğun yatayla \( 30^\circ \) açı yaptığını belirtir. İpin açısı verilmemiştir. Bu durumda ip gerilmesini \( T \) olarak alıp, tork formülünü \( \tau = T \cdot L \cdot \sin\alpha \) şeklinde kullanmalıyız, burada \( \alpha \) ip ile çubuk arasındaki açıdır. Bu soruda \( \alpha \) verilmediği için, bu seviyedeki bir öğrenci için bu soruyu çözmek zordur. En basit varsayım: İp çubuğa dik gerilmiştir. Bu, birçok ders kitabında karşılaşılan bir basitleştirmedir. Bu varsayımla devam edelim. Eğer ip çubuğa dikse (\( \sin 90^\circ = 1 \)): \( \tau_{\text{ip}} = T \cdot L \) (Saat yönünün tersi).
- 📌 Tork denge denklemi:
- Saat yönü torklar = Saat yönünün tersi torklar
- \( \tau_{\text{çubuk}} + \tau_{\text{yük}} = \tau_{\text{ip}} \)
- \( 20 \cdot (L/2) \cdot \cos 30^\circ + 40 \cdot L \cdot \cos 30^\circ = T \cdot L \)
- Her terimi \( L \) ile sadeleştirebiliriz:
- \( 20 \cdot (1/2) \cdot 0.87 + 40 \cdot 0.87 = T \)
- \( 10 \cdot 0.87 + 34.8 = T \)
- \( 8.7 + 34.8 = T \)
- \( T = 43.5 \text{ N} \)
✅ İpin gerilme kuvvetinin büyüklüğü \( 43.5 \text{ N} \)'dir.
(Not: Bu çözüm, ipin çubuğa dik olduğu varsayımına dayanmaktadır. Sorudaki ifade belirsizliği nedeniyle bu varsayım yapılmıştır. Normalde bu açı net olarak verilmelidir.)
Bu durumda tahterevalli dengede midir? Eğer dengede değilse, dengeyi sağlamak için Ahmet veya Burak'tan hangisi, hangi yöne doğru ne kadar hareket etmelidir? (\( g = 10 \text{ m/s}^2 \) alınız) 🎡
- 💡 Kuvvetlerin hesaplanması:
- Ahmet'in ağırlığı: \( G_{\text{Ahmet}} = m_{\text{Ahmet}} \cdot g = 40 \text{ kg} \cdot 10 \text{ m/s}^2 = 400 \text{ N} \).
- Burak'ın ağırlığı: \( G_{\text{Burak}} = m_{\text{Burak}} \cdot g = 50 \text{ kg} \cdot 10 \text{ m/s}^2 = 500 \text{ N} \).
- 💡 Torkların hesaplanması:
- Ahmet'in torku (\( \tau_{\text{Ahmet}} \)): Desteğin sağına oturduğu için saat yönünde tork oluşturur.
- \( \tau_{\text{Ahmet}} = G_{\text{Ahmet}} \cdot d_{\text{Ahmet}} = 400 \text{ N} \cdot 2.5 \text{ m} = 1000 \text{ N} \cdot \text{m} \) (Saat yönü).
- Burak'ın torku (\( \tau_{\text{Burak}} \)): Desteğin soluna oturduğu için saat yönünün tersine tork oluşturur.
- \( \tau_{\text{Burak}} = G_{\text{Burak}} \cdot d_{\text{Burak}} = 500 \text{ N} \cdot 2 \text{ m} = 1000 \text{ N} \cdot \text{m} \) (Saat yönünün tersi).
- 📌 Denge kontrolü:
- Saat yönü tork = \( 1000 \text{ N} \cdot \text{m} \)
- Saat yönünün tersi tork = \( 1000 \text{ N} \cdot \text{m} \)
- Her iki yöndeki torklar birbirine eşit olduğu için tahterevalli dengededir.
✅ Tahterevalli zaten dengede olduğu için kimsenin hareket etmesine gerek yoktur. Her iki çocuk da bulundukları konumda dengeyi sağlamaktadır. 🎉
Mühendis, kirişin serbest ucunu yerden \( 60^\circ \) açı yapacak şekilde yukarı doğru çeken bir kablo ile sabitlemeyi planlamaktadır. Bu durumda, kablonun minimum gerilme kuvveti kaç Newton olmalıdır? (\( g = 10 \text{ m/s}^2 \) alınız. \( \sin 60^\circ = 0.87 \), \( \cos 60^\circ = 0.5 \)) 🏗️
- 💡 Kuvvetlerin ve ağırlıkların hesaplanması:
- Yükün ağırlığı: \( G_{\text{yük}} = 100 \text{ kg} \cdot 10 \text{ m/s}^2 = 1000 \text{ N} \). Bu kuvvet menteşeden \( 1.5 \text{ m} \) uzaktadır.
- Kirişin ağırlığı: \( G_{\text{kiriş}} = 50 \text{ kg} \cdot 10 \text{ m/s}^2 = 500 \text{ N} \). Türdeş olduğu için menteşeden \( 1.5 \text{ m} / 2 = 0.75 \text{ m} \) uzaktadır.
- 💡 Tork denge denklemi (\( \sum \tau_{\text{menteşe}} = 0 \)):
- Yükün ve kirişin ağırlığı menteşeyi saat yönünde döndürme eğilimindedir. Kablonun gerilme kuvveti ise saat yönünün tersine tork oluşturur.
- Kablonun gerilme kuvveti \( T \) olsun. Kablo yerden \( 60^\circ \) açı yapıyorsa, yatay kirişle yaptığı açı \( 60^\circ \) olur (çünkü kiriş yataydır).
- Saat yönündeki torklar:
- \( \tau_{\text{yük}} = G_{\text{yük}} \cdot d_{\text{yük}} = 1000 \text{ N} \cdot 1.5 \text{ m} = 1500 \text{ N} \cdot \text{m} \).
- \( \tau_{\text{kiriş}} = G_{\text{kiriş}} \cdot d_{\text{kiriş}} = 500 \text{ N} \cdot 0.75 \text{ m} = 375 \text{ N} \cdot \text{m} \).
- Toplam saat yönü tork: \( 1500 + 375 = 1875 \text{ N} \cdot \text{m} \).
- Saat yönünün tersi tork (kablonun torku):
- Kablonun kirişe dik bileşenini bulmalıyız: \( T_{\text{dik}} = T \cdot \sin 60^\circ \).
- Kablonun menteşeden uzaklığı \( d_{\text{kablo}} = 1.5 \text{ m} \).
- \( \tau_{\text{kablo}} = T_{\text{dik}} \cdot d_{\text{kablo}} = (T \cdot \sin 60^\circ) \cdot 1.5 \text{ m} \).
- \( \tau_{\text{kablo}} = T \cdot 0.87 \cdot 1.5 = 1.305 \cdot T \).
- 📌 Denge denklemini kurma:
- Saat yönü torklar = Saat yönünün tersi torklar
- \( 1875 = 1.305 \cdot T \)
- \( T = \frac{1875}{1.305} \approx 1436.78 \text{ N} \).
✅ Kablonun minimum gerilme kuvveti yaklaşık \( 1436.78 \text{ N} \) olmalıdır.
Eğer marangoz tahtayı bir ucundan kaldırırsa, arkadaşının tahtanın diğer ucundan kaldırması gereken kuvvet kaç Newton olur? Ayrıca, marangoz tahtayı ucundan değil de, kendi tarafındaki uçtan \( 1 \text{ m} \) içeri girerek kaldırırsa, arkadaşının uygulaması gereken kuvvet nasıl değişir? 🪵
- 💡 Senaryo 1: Marangoz bir ucundan kaldırıyor.
- Tahtanın uzunluğu \( L = 4 \text{ m} \).
- Tahtanın ağırlığı \( G = 80 \text{ N} \). Ağırlık merkezi, her iki uçtan \( 2 \text{ m} \) uzaktadır.
- Marangozun uyguladığı kuvvet \( F_M \), arkadaşının uyguladığı kuvvet \( F_A \) olsun.
- Dönme noktası olarak marangozun kaldırdığı ucu seçelim. Bu durumda \( F_M \) tork oluşturmaz.
- Denge için: Ağırlığın torku = Arkadaşın kuvvetinin torku.
- \( G \cdot d_G = F_A \cdot d_A \)
- \( 80 \text{ N} \cdot 2 \text{ m} = F_A \cdot 4 \text{ m} \)
- \( 160 = 4 \cdot F_A \)
- \( F_A = \frac{160}{4} = 40 \text{ N} \).
- Bu durumda marangozun uyguladığı kuvvet: \( F_M + F_A = G \Rightarrow F_M + 40 = 80 \Rightarrow F_M = 40 \text{ N} \).
- 💡 Senaryo 2: Marangoz kendi ucundan \( 1 \text{ m} \) içeri girerek kaldırıyor.
- Marangozun tahtayı kaldırdığı nokta, kendi ucundan \( 1 \text{ m} \) içeride. Yani arkadaşının ucundan \( 3 \text{ m} \) uzaktadır.
- Dönme noktası olarak yine marangozun kaldırdığı noktayı seçelim.
- Tahtanın ağırlık merkezi, marangozun kaldırdığı noktadan \( 2 \text{ m} - 1 \text{ m} = 1 \text{ m} \) uzaktadır (arkadaşına doğru).
- Arkadaşının uyguladığı kuvvet \( F_A' \) olsun. Arkadaşının kaldırdığı nokta, marangozun kaldırdığı noktadan \( 3 \text{ m} \) uzaktadır.
- Denge için: Ağırlığın torku = Arkadaşın kuvvetinin torku.
- \( G \cdot d_G' = F_A' \cdot d_A' \)
- \( 80 \text{ N} \cdot 1 \text{ m} = F_A' \cdot 3 \text{ m} \)
- \( 80 = 3 \cdot F_A' \)
- \( F_A' = \frac{80}{3} \approx 26.67 \text{ N} \).
✅ Sonuçlar:
- Marangoz tahtayı bir ucundan kaldırdığında, arkadaşının kaldırması gereken kuvvet \( 40 \text{ N} \)'dur.
- Marangoz kendi ucundan \( 1 \text{ m} \) içeri girerek kaldırdığında, arkadaşının kaldırması gereken kuvvet yaklaşık \( 26.67 \text{ N} \)'a düşer.
📌 Bu durum, kuvvet kolunun uzatılmasının torku ve dolayısıyla dengeyi nasıl etkilediğini gösterir. Marangoz ağırlık merkezine daha yakın bir noktadan kaldırarak, arkadaşının üzerindeki yükü azaltmıştır. 💪
👉 Eğer tamirci kuvveti anahtar koluna dik olarak uyguluyorsa, somuna uygulanan torkun büyüklüğü kaç \( \text{N} \cdot \text{m} \)'dir?
👉 Tamirci, anahtarı yanlışlıkla \( 60^\circ \) açıyla (anahtar kolu ile kuvvet vektörü arasındaki açı) uygularsa, torkun büyüklüğü nasıl değişir? (\( \sin 60^\circ = 0.87 \)) 🔧
- 💡 Durum 1: Kuvvet anahtar koluna dik uygulanıyor.
- Kuvvetin büyüklüğü \( F = 50 \text{ N} \).
- Anahtarın uzunluğu \( d = 30 \text{ cm} = 0.3 \text{ m} \).
- Kuvvet anahtar koluna dik uygulandığı için, dik uzaklık doğrudan anahtarın uzunluğudur.
- Tork: \( \tau = F \cdot d = 50 \text{ N} \cdot 0.3 \text{ m} = 15 \text{ N} \cdot \text{m} \).
- 💡 Durum 2: Kuvvet anahtar kolu ile \( 60^\circ \) açı yapacak şekilde uygulanıyor.
- Kuvvetin büyüklüğü \( F = 50 \text{ N} \).
- Anahtarın uzunluğu \( d = 0.3 \text{ m} \).
- Kuvvetin anahtar koluna dik bileşenini veya tork formülünü \( \tau = F \cdot d \cdot \sin\theta \) kullanmalıyız. Burada \( \theta = 60^\circ \).
- Tork: \( \tau = 50 \text{ N} \cdot 0.3 \text{ m} \cdot \sin 60^\circ \)
- \( \tau = 15 \text{ N} \cdot \text{m} \cdot 0.87 \)
- \( \tau = 13.05 \text{ N} \cdot \text{m} \).
✅ Sonuçlar:
- Kuvvet anahtar koluna dik uygulandığında, somuna uygulanan tork \( 15 \text{ N} \cdot \text{m} \)'dir.
- Kuvvet \( 60^\circ \) açıyla uygulandığında, tork \( 13.05 \text{ N} \cdot \text{m} \)'ye düşer.
📌 Bu örnek, torkun en büyük değerini alması için kuvvetin dönme noktasına olan uzantıya dik olarak uygulanması gerektiğini gösterir. Açı azaldıkça tork da azalır, bu da somunu gevşetmeyi zorlaştırır. 🛠️
Buna göre, \( X \) ve \( Y \) desteklerinin kalasa uyguladığı tepki kuvvetlerinin büyüklükleri kaçar Newton'dur? 📏
- 💡 Kuvvetlerin ve konumların belirlenmesi:
- Aşağı yönlü kuvvet: Yükün ağırlığı \( G = 60 \text{ N} \). Konumu: \( X \) desteğinden \( 4 \text{ m} \) uzakta.
- Yukarı yönlü kuvvetler: \( X \) desteğinin tepki kuvveti \( N_X \) ve \( Y \) desteğinin tepki kuvveti \( N_Y \).
- \( Y \) desteğinin konumu: \( X \) desteğinden \( 8 \text{ m} \) uzakta.
- 📌 Öteleme dengesi (\( \sum F_y = 0 \)):
- \( N_X + N_Y = G \)
- \( N_X + N_Y = 60 \text{ N} \) (Denklem 1)
- 📌 Dönme dengesi (\( \sum \tau = 0 \)):
- Dönme noktası olarak \( X \) noktasını seçelim (bu, \( N_X \) kuvvetinin tork oluşturmamasını sağlar).
- \( X \) noktasına göre tork oluşturan kuvvetler: \( G \) (saat yönünde) ve \( N_Y \) (saat yönünün tersine).
- Saat yönü tork = Saat yönünün tersi tork
- \( G \cdot d_G = N_Y \cdot d_Y \)
- \( 60 \text{ N} \cdot 4 \text{ m} = N_Y \cdot 8 \text{ m} \)
- \( 240 = 8 \cdot N_Y \)
- \( N_Y = \frac{240}{8} = 30 \text{ N} \).
- 📌 \( N_X \) değerini bulmak:
- Denklem 1'i kullanalım: \( N_X + N_Y = 60 \)
- \( N_X + 30 = 60 \)
- \( N_X = 60 - 30 = 30 \text{ N} \).
✅ Buna göre, \( X \) desteğinin tepki kuvveti \( 30 \text{ N} \) ve \( Y \) desteğinin tepki kuvveti \( 30 \text{ N} \)'dir.
Daha Fazla Soru ve İçerik İçin QR Kodu Okutun
https://www.eokultv.com/atolye/11-sinif-fizik-tork-denge/sorular