Sorunun Çözümü
Verilen bileşik makine düzeneğini adım adım inceleyerek F kuvvetinin büyüklüğünü etkileyen faktörleri belirleyelim:
- 1. Eğik Düzlem: Yükü eğik düzlem üzerinde yukarı çekmek için gereken kuvvet, sürtünmeler ihmal edildiğinde, yükün ağırlığının eğim açısının sinüsü ile çarpımına eşittir. Bu kuvvet, ipteki gerilme $T_1$'i oluşturur.
$T_1 = G_{yük} \sin\alpha$ - 2. Sol Hareketli Makara Sistemi: Eğik düzlemden gelen $T_1$ gerilimi, bir sabit ve bir hareketli makara içeren sistemle kaldıraca aktarılır. Hareketli makara, ipteki gerilimi ikiye böldüğü için kaldıracın K noktasına etki eden kuvvet $F_K$ olur.
$F_K = T_1 / 2 = (G_{yük} \sin\alpha) / 2$ - 3. Kaldıraç: Destek N noktasında iken, kaldıraç dengede olduğundan tork denklemi yazılır. K noktasındaki $F_K$ kuvveti ile N noktasına olan uzaklık $d_{KN}$'nin çarpımı, S noktasındaki $F_S$ kuvveti ile N noktasına olan uzaklık $d_{SN}$'nin çarpımına eşittir.
$F_K \times d_{KN} = F_S \times d_{SN} \implies F_S = F_K \times (d_{KN} / d_{SN})$ - 4. Sağ Hareketli Makara Sistemi: Kaldıraçtan gelen $F_S$ kuvveti, benzer şekilde bir sabit ve bir hareketli makara içeren sistemle çıkrığa aktarılır. Hareketli makara, kuvveti ikiye böldüğü için çıkrığa etki eden kuvvet $F_{çıkrık}$ olur.
$F_{çıkrık} = F_S / 2$ - 5. Çıkrık: Çıkrıkta, uygulanan F kuvveti ile kolun yarıçapı R'nin çarpımı, çıkrığa etki eden $F_{çıkrık}$ kuvveti ile silindirin yarıçapı r'nin çarpımına eşittir.
$F \times R = F_{çıkrık} \times r \implies F = F_{çıkrık} \times (r / R)$
Tüm bu denklemleri birleştirirsek, F kuvveti için genel bir ifade elde ederiz:
$F = \frac{G_{yük} \sin\alpha}{4} \times \frac{d_{KN}}{d_{SN}} \times \frac{r}{R}$
Şimdi seçenekleri bu formüle göre değerlendirelim:
- A) R kolunun boyu uzatılırsa artar.
F kuvveti R ile ters orantılıdır. R artarsa F azalır. Bu ifade yanlıştır. - B) Destek M noktasına kaydırılırsa azalır.
Destek N noktasından M noktasına kaydırıldığında, K noktasından desteğe olan uzaklık ($d_{KN}$) azalır (K-N arası 3 birim iken K-M arası 2 birim olur). S noktasından desteğe olan uzaklık ($d_{SN}$) ise artar (S-N arası 2 birim iken S-M arası 3 birim olur). Bu durumda $d_{KN}/d_{SN}$ oranı azalır. F kuvveti bu oranla doğru orantılı olduğu için F kuvveti azalır. Bu ifade doğrudur. - C) Eğik düzlemin eğimi küçültülürse artar.
Eğim küçültülürse $\alpha$ açısı azalır, dolayısıyla $\sin\alpha$ değeri azalır. F kuvveti $\sin\alpha$ ile doğru orantılı olduğu için F kuvveti azalır. Bu ifade yanlıştır. - D) Çıkrıktaki ipin sarım sayısı artırılırsa azalır.
"İpin sarım sayısı" genellikle çıkrık silindirinin yarıçapı (r) ile ilişkilendirilir. Eğer r artarsa, F kuvveti r ile doğru orantılı olduğu için F kuvveti artar. Bu ifade yanlıştır.
Cevap B seçeneğidir.