Rehber | Kategoriler | Konular
MEKANiK
Alm. Mechanik (f), Fr. Méchanique (f.), İng. Mechanics. Cisimlerin denge ve hareketini inceleyen bilim dalı. Mekanik bütün makinaların ve yapıların projelendirilmesinde müracaat edilen ana kurallar topluluğudur. Bu bilim dalı, bir yandan kâinattaki maddî olayların kurallarını araştırırken, diğer yandan atom içindeki olayları aydınlatmaya çalışır. Fizik ve astronomide mekaniğin önemi her geçen gün artmaktadır.
Mekanik, dengede bulunan cisimleri inceleyen statik ve hareket eden cisimleri inceleyen, dinamik gibi iki bölüme ayrılır. Dinamik de ayrıca, sebebini araştırmadan yalnız hareketi inceleyen kinematik ve hızı değişen cisimleri inceleyen kinetik diye iki bölüme ayrılabilir. Ancak bu ayrımlar o kadar kesin değildir. Statik de, dinamiğin özel bir hâli (hızı sıfır) olarak düşünülebilir.
Târihi: Eski çağlarda, mekaniğin pratik uygulaması mevcutsa da kaideleri hakkında pek az şey bilinmekteydi. Kaldıraç, eğik düzlem, tekerler ve muhtemelen palanga sisteminin faydaları, eski Mısırlılar ve Babilliler tarafından bilinmekteydi. Eski Yunanlılar, ilk defâ hareketi teorik olarak incelemişlerse de, teorilerini gözlemleriyle gerçekleştirmeğe çalışmışlardır. Arşimet (M.Ö. 287-212), balistik, hidrostatik, ağırlık merkezi gibi temel mekanik kavramları kullanması ve bunlardan pratik faydalar sağlaması bakımından bir istisna teşkil eder.
Her alanda olduğu gibi mekanik alanında ilk mekanik âletleri Müslüman ilim adamları yapmıştır. Sistemli olarak ilk defâ Bağdat'ta yaşayan Benî Mûsâ kardeşler dokuzuncu asırda mekanik âletler yapmışlardır. Benî Mûsâ kardeşlerin ortancası olan Ahmed bin Mûsâ; mekanik olarak çeşitli tartı âletleri yanında yükleri çekmek ve kaldırmakta kullanılan bâzı âletler yaptı. Mekanik konular üzerinde titizlikle durdu. Ağabeyi ile birlikte büyük bir bakır saat yaptı. Ayrıca üzerine ateş yaklaştırıldığında fitili otomatik olarak ortaya çıkan kandiller yapmıştı. Kandilin fitili ortaya çıkınca yağ da hemen fitilin üzerine yanacak miktarda fışkırıyordu. Geliştirdiği zirâat ve sulama âleti, tarlada sulama yaparken, tâyin edilen sulama miktarını aşınca hemen sinyal veriyordu.
On ikinci asrın sonlarına doğru Dicle ve Fırat nehirleri arasındaki Cezire bölgesinde yaşıyan Cezerî otomatik âletler yaptı. Cezerî sâdece otomatik âletler yapmakla kalmayıp, otomatik olarak çalışan sistemler arasında denge kurmayı başardı. Sekiz asır gibi bir aradan sonra İngiliz nöroloji profesörü Dr. Ross Ashby ancak 1951 senesinde üstün denge durumunu ortaya koydu. Cezerî; aynı zamanda haberleşme, kontrol, denge kurma ve ayarlama ilmi olan sibernetiğin ilk kurucusudur. İnsanlarda ve makinalarda bilgi alış-verişi, bunların kontrolü ve denge durumu sibernetiğin esas konusudur. Bu ilmin gelişmesiyle elektronik beyinler ve otomasyon denilen sistemler ortaya çıktı. Bu bakımdan yaptığı mekanik makinalarla bu ilmin temeli Cezerî tarafından atıldı.
Batı âlemi her alanda yaptığı gibi, Endülüs Emevileri vasıtasıyla tanıdığı İslâm âlemindeki buluşları mekanik alanında da kendine mâl etmiştir. Müslüman ilim adamlarının yaptığı mekanik âletleri ancak on yedi ve on sekizinci asırlarda yapmışlardır.
On altıncı yüzyılda İslâm âlimlerinin eserlerini inceleyen Galileo Galilei (1564-1642), Tycho Brahe (1546-1601) Johanres Kepler (1571-1630) onlardan büyük ölçüde faydalanarak, bâzı buluşları da kendilerine mâl ederek gök mekaniğinde günümüze kadar gelen temel kuralları koymuşlardır. Galileo, düşen cisimleri ve sarkacı inceleyen, kontrollü deney yapan birisiydi. Simon Stevin (1548-1620) kuvvetlerin bileşke prensibini geliştirmiştir. Bütün bu gelişmelerden sonra Isaac Newton (1642-1727); Hareketin Üç Kânunu'nu ortaya koymuştur. Daha sonra mekanikteki gelişmelerin pek çoğu, bu kânun üzerine kurulmuştur. Daha sonra gelenler analiz metodlarını geliştirirken, daha kolay bakış açıları aramışlardır. Jean Le Rond d'Alembert (1717-1783), dinamik problemlerini ilâve kuvvetlerle statik problemlere çevirmiş, Siméon Denis Poisson (1781-1840), hareket eden eksen takımında problemleri çözmeyi denemiş, Joseph Louis Lagrange (1736-1813) genelleştirilmiş koordinatları çözüme dahil etmiş, virtüelis kavramını ortaya atmış, Josiah Willard Gibbs (1839-1903), problemlerin çözümünde vektör hesabı kullanmıştır. Diğer bir arayış da, hareket kânunlarının tek bir şekilde ifâde edilmesi olmuştur. Bütün bunlar, ekstremum prensiplerine yönelmeği getirmiştir.
Târifler: Mekaniğin anlaşılmasında bir kavram birliğinin sağlanması önemlidir. ?Cisim?, ?kütle?si olan bir maddesel nesnedir. Kütle, relatif bir kavram olup, ?ağırlık?la karıştırılmaması gerekir. Bir cismin kütlesi, ?atalet?inin, yâni harekete geçirilmesi sırasında veya hareket sırasında, yönü değiştirilmek istendiğinde gösterdiği direncin, seçilen cismin ivmesine oranıdır. Bir cismin kütlesi değişmediği halde yerçekiminin doğurduğu kuvvet olan ağırlığı, cismin, dünyânın merkezinden olan uzaklığına bağlıdır. Cisimler, boyutları ihmal edilebilen ?noktasal kütleler?in topluluğudur.
Metodları: Mekaniğin problemleri, iki metodundan biriyle veya ikisi beraberce kullanılarak çözülür. Bu iki metodu; analitik ve grafik çözüm yollarıdır. Analitik metod, matematik formülasyonu kullanırken, grafik çözümde diyagramlar kullanılır. Grafik metodda, en çok kullanılan kavramlardan biri de ?vektörler?dir. Vektörel büyüklüğün özelliği, yönü ve büyüklüğünün olmasıdır. Bunun yanında, bu büyüklükler kendilerine has olan kurallarla hesaplanırlar. Meselâ, bir vektörel büyüklük verilen belirli x, y ve z eksenleri doğrultusunda bileşenlere ayrılabilir. Vektörler genellikle boyu, büyüklüğüne eşit olan bir okla gösterilir.
Hız, ivme ve kuvvet: Hareketin iki önemli kavramı ?hız? ve ?ivme?dir. Hız, cismin yer değiştirmesinin zamana bağlı değişimidir. Birimi cm/saniye, metre/saniye veya kilometre/saat olabilir. ?Momentum? veya ?hareket miktarı?, cismin kütlesiyle hızının çarpımından ibârettir. Hızın zamana göre olan değişimi ise ivme olarak isimlendirilir, birimi cm/s2 veya m/s2 olabilir.
Mekanikte kuvvet, cisimlerin karşılıklı etkilerinden doğar. Ayrıca kuvvet, cisme ivme vererek etkisini gösterir. Meydana gelen ivme a, kütle/m olmak üzere bileşke kuvvet F ile aynı yönde olup, F= ma bağıntısından hesaplanır.
Newton'un hareket kânunları: Pratik olarak mekanik, Newton'un üç kânunu ve yerçekimi teorisi üzerine kurulmuştur: 1) Bir cisme kuvvet etki etmedikçe ismin durumunda hiçbir değişiklik olmaz veya düzgün doğru hareketi yapıyorsa, buna devam eder. 2) Bir cisme bir kuvvet etki ederse, kuvvet doğrultusunda cisim ivme kazanır. Bu ivme, etkileyen kuvvetle doğru, cismin kütlesiyle ters orantılıdır. 3) Her kuvvet zıt yönde ve eşit şiddette bir tepki doğurur.
Dördüncü kânun olan kütlesel çekim kânunu, gök cisimlerinin hareketlerini açıklamak için geliştirilmiştir. Buna göre, herhangi iki cisim birbirlerini m1 ve m2 kütleleriyle orantılı, arasındaki d mesâfesinin karesiyle ters orantılı bir kuvvetle çekerler.
F= G m1 m2/d2
Burada G, kütlesel çekim sâbiti olup boyutlu bir büyüklüktür.
G= 6,670x10-8 dyne cm2/g2.
Denge: Mekaniğin bir dalı olan statik, hareketsiz cisimlerin dengesiyle meşgul olur. Bu tür problemler, kararlı denge metodu ve virtüel iş prensibi ile çözülebilir. İlk prensipte, cisme etki eden kuvvetlerin ve momentlerin, her doğrultuda dengede olduğundan hareket edilir. Yâni etki eden kuvvetlerin bileşkesi sıfır olmalıdır. Bu, pratik olarak seçilen dik eksen takımında, bütün kuvvetlerin ayrı ayrı bileşenlere ayrılması ve sonra bunların her eksen için toplanarak sıfır eşitliğinin kontrol edilmesinden ibârettir.
Moment: Şekil değiştirmeyen bir cisim, öteleme hareketi yanında, bir eksen etrafında dönme hareketi de yapabilir. Bu dönme hareketi, birbirine paralel ve eşit büyüklükte kuvvet çifti tarafından doğurulur. Kuvvet çiftinin döndürme etkisi, kuvvetlerin büyüklüğü ve aralarındaki mesâfeyle doğru orantılıdır. İşte bu etki, moment olarak isimlendirilir. Böyle dengenin ikinci tür şartına gelinir. Bu şart, cisme etkiyen momentlerin bileşkesinin sıfır olmasıdır. Bu da pratik olarak, cisme etkiyen kuvvetlerin, birbirine dik seçilen eksen takımına göre olan momentlerin ayrı ayrı toplanıp, sıfır etmesi şartıyla kontrol edilir.
Dengedeki bir cisme etkiyen kuvvetler, eğer cisim şekil değiştirmez kabul ediliyorsa, etki eksenleri boyunca kaydırılabilir. Bir kuvvetler sistemi, ancak bileşkesi büyüklüğünde ve ters yönde bir kuvvet etkisiyle dengelenebildiği hâlde, bir kuvvet çifti ancak momenti, yâni döndürme şiddeti eşit fakat ters olan bir kuvvet çiftiyle dengelenir.
Kütle merkezi ve ağırlık merkezi: Kütle merkezi, cisimdeki bütün maddesel noktaların momentlerinin toplamlarının sıfır ettiği noktadır. Denge şartları bakımından, cismin bütün kütlesi burada toplanmış gibi bakılabilir. Yerçekimi kuvveti, kütle ile orantılı olduğu için, klasik mekanikte, kütle merkezi ile ağırlık merkezi aynı kabul edilir. Eğer cisimde kütle yayılışı düzgünse bu nokta, aynı zamanda cismin geometrik merkezi ile çakışır.
Dâiresel hareket: Dâiresel (dâirevî) hareket, cismi devamlı yön değiştirdiği için, hızın büyüklüğünde bir değişiklik olmasa da, yönü değiştiğinden sürekli ivmelenir. Burada ivme (a), daima dönme merkezine yönelik olup, r dönme yarıçapı, v teğetsel hız ve ¥= u/r sâbit açısal hız olmak üzere a= ¥2= v2/r şeklinde belirlidir. Eğer dâiresel hareket düzgünse başka ivme mevcut değildir. Ancak dönme hızı zamana bağlı değişiyorsa teğetsel bir ivme mevcut olur. Bu merkezsel ivme, cismi dâiresel yörüngede tutmağa yarar. Dâiresel hareketin doğması için cisme dönme merkezine doğru kuvvet tatbik edilir. Bu kuvvet, cisimde hâsıl olan ?merkezkaç kuvveti? ile dinamik dengede bulunur. Bu iki kuvvet, etki-tepki şeklinde olup, m cismin kütlesini göstermek üzere F= mv2/r olarak ortaya çıkar. Bir cismi dâiresel yörüngede bulundurmak için böyle bir kuvvetin tatbikine ihtiyaç vardır.
Basit harmonik hareket: Bir dâiresel harekete, bulunduğu düzlemde bakıldığında, ortaya çıkan, gel-git yâni titreşim şeklinde bir hareket türüdür. Hareketin periyodu, tam bir devrin yapılması için geçen zamandır. Harmonik harekette maddesel nokta, bir denge konumu etrâfında hareket eder. Bu konumdan olan mesâfesi, noktanın yerdeğiştirmesidir. Bu tür harekette, ivme yerdeğiştirme ile orantılı fakat ters yöndedir. Harmonik harekete tabiatta çok sık rastlanır. Serbest bırakılan yayların ve sarkaçın hareketi bu türdendir. Bir sarkaçın periyodunun, boyuna ve o yerdeki yerçekimi ivmesine bağlı olduğu çok eskilerden beri bilinmekteydi. Yâni titreşim yerdeğiştirme küçük kalmak şartıyla, sarkaçın periyodu, yerdeğiştirme miktarına bağlı değildir. Bu sonucu kullanarak, çeşitli yerlerde yerçekimi ivmesini ölçmek mümkündür. Jeolojide gravimetre adı verilen âletler bu esasa göre çalışır.
İş: Bir kuvvetin yaptığı iş, kuvvet doğrultusunda meydana gelen yerdeğiştirmeyle kuvvetin çarpımına eşittir. Eğer kuvvet doğrultusunda bir yerdeğiştirme meydana gelmiyorsa, iş sıfırdır. Çok büyük bir ağırlığı tutan kimse onu düşey doğrultuda hareket ettirmezse, mekanik bakımından yaptığı iş, sıfırdır. Buna benzer şekilde, eğer sürtünme veya kayma yoksa dönme hareketinde de hiç bir iş yapılmaz. İşin birimi kgm, dyne-cm (erg), Newton-metre (joule) olabilir.
Virtuel iş metodu: Bu prensip, ?Dengede olan bir sisteme çok küçük yerdeğiştirmeler verildiğinde yapılan iş sıfır?dır şeklinde ifâde edilebilir.
Enerji: Enerji, iş yapabilme kapasitesidir. Potansiyel ve kinetik diye iki bölüme ayrılır. Potansiyel enerji, depolanmış kullanılabilecek enerjidir. Bütün cisimlerde bu tür enerji mevcuttur. Meselâ, gerilen bir yay veya yükseğe kaldırılan bir cisim potansiyel enerji kazanır. Yâni, boşaldığında iş yapabilirler. İkinci durumda kazanılan potansiyel enerji, cismin ağırlığı ile yüksekliğin çarpımından ibârettir. Tabiî başka tür depolanmış enerjiler de mevcuttur. Meselâ, kömürde, dinamitte ve bitkilerde depolananlar gibi. Bir cismin kinetik enerjisi ise kütlesi ile hızının karesinin çarpımının yarısına eşittir. Newton'un ikinci kânunu bu enerjilerin toplamının hareket boyunca korunduğunu ifâde eder. Bu sonuç tabiatta enerjinin farklı şekillere girerek değişikliğe uğradığını ortaya koyar. Her ne kadar sürtünme ile enerji azalır, kaybolur gibi görünse de, halbuki bu sâdece ısı enerjisine dönüşmektedir. ?Güç?, yapılan işin zamana bağlı değişimidir. Meselâ ?Beygirgücü?, sâniyede 75 kgm'lik, ?Watt? ise sâniyede 1 joule'lük işe karşı gelir. Dönen bir cismin kinetik enerjisi, atalet momenti ile cismin açısal hızının karesinin çarpımının yarısına eşittir. Atalet momenti cismin kütlelerinin, dönme eksenine olan uzaklıklarının kareleri ile çarpımlarının toplamlarına eşittir.
Sürtünme: Bir yüzeyin diğer yüzey üzerinde değerek hareket ederken, karşılaşılan dirençtir. Sürtünme, pekçok işin yapılabilmesini sağlar. Ancak, verimi azaltır. Bir tür enerji, diğer tür enerji şekline dönerken, bir kısmı ısı enerjisi olarak kaybolur. Sürtünme kuvveti, hareketi önleyici yönde ve yüzeye paralel olarak ortaya çıkar. Bu kuvvet, yüzeye tatbik edilen kuvvetle, değen iki yüzeyin özelliğine bağlı bir katsayıyla orantılıdır.
e-posta adresimize mail atabilirsiniz.