teknolojinin bilimsel ilkeleri
advertisement
TEKNOLOJİNİN BİLİMSEL İLKELERİ Öğr. Gör. Adem ÇALIŞKAN 1 TEMEL KAVRAMLAR VE TANIMLAR Kuvvetlerin etkisi altındaki cisimlerin davranışı olarak tanımlayabileceğimiz mekanik bilimi oldukça eski çağlara uzanan bir geçmişe sahiptir. MÖ Archimedes'e dayanan (bir manivelaya etki eden kuvvetlere ait denge kanunu formülleştirilmesi gibi) geçmişi vardır. Mekanik genel olarak üç kısma ayrılarak incelenmektedir. • Rijit Cisimler mekaniği : 1) Statik 2) Dinamik • Şekil Değiştiren Cisimler Mekaniği • Akışkanlar Mekaniği Statik; katı cisimlerin dengesini inceler. Bu katı cisim kavramı teorik bir kabuldür. Yoksa gerek makine ve gerekse yapı elemanlarında kullanılan malzemelerin hiç biri tamamıyla katı değildirler. Kuvvetlerin etkisi altında belirli bir elastiklikleri söz konusudur. Ancak bu durum denge şartlarının incelenmesinde dikkate alınmaz. Cisimlerin kuvvetlerin etkisi altındaki durumlarını, küçük deformasyonlarını hesaba katarak inceleyen bilim dalına Elastisite teorisi adı verilir ve Cisimlerin Dayanımı adı altında gerekli inceleme ve hesapları yapılır. Öğr. Gör. Adem ÇALIŞKAN 2 TEMEL KAVRAMLAR VE TANIMLAR Dinamik; ise kuvvetlerin etkisi altındaki cisimlerin hareketini inceler. Dinamik, statiğe göre nisbeten daha yeni bir bilim dalıdır. Mekaniğin mühendislik problemlerine uygulanması yönüyle Teknik Mekanik olarak isimlendirildiği de olmuştur. Cisimlerin içinde bulundukları hali değiştirmeye çalışan herhangi bir tesir olarak tanımlanabilir. Yada bir cismin diğer bir cisim üzerindeki vektör etkisine kuvvet adı verilir. Çeşitli kuvvetler vardır; Bunlar Temas Kuvveti; bir cismin diğer bir cisme temas etmesiyle ortaya çıkan kuvvettir. Buna yüzey kuvveti adı da verilir.Mesela cisimlere uygulanan itme ve çekme kuvvetleri buna örnek olarak verilebilir.Bu kuvvet bir cisme hareket kazandırabilir, hareketinin yönünü değiştirebilir yada hareket halindeki bir cismin hareketini durdurabilir. Dengedeki bir cismi harekete zorlayabilir. Bu kuvvet cisim üzerinde başka kuvvetlerin doğmasına sebep olabilir. Öğr. Gör. Adem ÇALIŞKAN 3 TEMEL KAVRAMLAR VE TANIMLAR Bünye Kuvveti; cisimler arasında Bir cismin diğer bir cisme aralarında temas olmaksızın bir mesafeden uyguladığı kuvvettir. Yer çekimi etkisi, manyetik kuvvetler, gezegenlerle güneş arasındaki çekim kuvveti bu kuvvette örnek olarak verilebilir. Özellikle mekanikte çok meşgul olacağımız yer çekimi kuvveti önemlidir. Bir kuvveti diğer kuvvetten ayıran özellikler o kuvvetin karakteristikleri denir. Bir kuvvetin karakteristiklerini yada bir kuvvetin tam olarak tanımını aşağıdaki unsurlar belirler; • Kuvvetin Şiddeti • Kuvvetin uygulandığı nokta • Kuvvetin Doğrultusu ve yönü Öğr. Gör. Adem ÇALIŞKAN 4 TEMEL KAVRAMLAR VE TANIMLAR • PARTĠKÜL Kütlesi ihmal edilebilen çok küçük cisim. • REAKSĠYON Engellemeye karşı doğan kuvvet. Buna tepki de denir. • STATĠK Cismin kuvvetler etkisinde dengede olma halidir. • MADDESEL NOKTA Cismin tüm kütlesinin toplanmış varsayılabildiği noktadır. • UZAY Cisimlerin işgal ettiği geometrik bölgeye uzay adı verilir. Üç boyut vardır.(x,y,z) • DÜZLEM Cisimlerin izdüşümlerinin bulunduğu bölgedir. İki boyutludur.(x,y) Öğr. Gör. Adem ÇALIŞKAN 5 TEMEL KAVRAMLAR VE TANIMLAR •RĠJĠT CĠSĠM Cismin genel boyutlarına nazaran, veya cismin konumundaki değişme yanında , boyutlarındaki değişim ihmal edilebilir ise bu cisme rijit cisim denir.Bu cismin şekil değiştirmediği kabul edilir. • MESNET VEYA MAFSAL Sistemleri meydana getiren elemanlar arasındaki bağlantının adıdır. •CĠLALI YÜZEY Bazen yüzeyle ne kadar cilalı ve parlak olursa olsun sürtünme katsayısının sıfır olması imkansızdır. Ancak cilalı yüzey kavramında sürtünme katsayısının çok düşük olması nedeniyle ihmal edilmiş olması anlamı vardır. Öğr. Gör. Adem ÇALIŞKAN 6 TEMEL KAVRAMLAR VE TANIMLAR •STATĠĞĠN TEMEL PRENSĠPLERĠ • Paralel kenar ilkesi Eğer bir cisme, aralarında belirli bir açı bulunan iki kuvvet etki ediyorsa, bunların etkisi; "bu iki kuvvet vektörleri üzerinde meydana getirilen paralel kenarın köşegeni olarak gösterilen bir tek kuvvetin etkisine eşdeğerdir". Bu eşdeğer kuvvete diğer iki kuvvetin bileşkesi adı verilir ve bileşke kuvvet olarak adlandırılır. Şekilde cisme A noktasında tesir eden ve aralarında açısı bulunan AB ve AC vektörleri, paralel kenar metoduyla birleştirilirse; AD köşegeni ile gösterilen kuvvet bileşke kuvvet olarak adlandırılır. Öğr. Gör. Adem ÇALIŞKAN 7 TEMEL KAVRAMLAR VE TANIMLAR •STATĠĞĠN TEMEL PRENSĠPLERĠ • Süperpoze ve Kayıcılık Ġlkesi Verilen bir kuvvetler sisteminin etkisi altındaki elemana, bu sisteme, dengede olan diğer bir kuvvetler sisteminin ilave edilmesi veya çıkarılmasıyla durumu değişmez. Şekildeki katı cisme bir F kuvveti etki ediyor olsun. Bu kuvvet şekilde görüldüğü gibi A noktasına tatbik edilsin. Yukarda ifade edilen süper pozisyon prensibinden B noktasına her biri şiddetçe F ye eşit olan ve aynı tesir doğrultusuna sahip iki zıt yönlü kuvvetin uygulanması, verilen P kuvvetinin etkisini değiştirmez. Kayıcılık prensibinde ise; herhangi bir cisme etki eden kuvvet, (cisim bu kuvvetlerin etkisi altında dengededir) kendi doğrultuları üzerinde istenilen her hangi bir noktaya kaydırılabilir. Kuvvetler sisteminin etkisi altında dengede bulunan her hangi bir cisme etki eden kuvvetlerden her hangi biri kendi doğrultusu (izi) üzerinde kaydırılabilir. Öğr. Gör. Adem ÇALIŞKAN 8 TEMEL KAVRAMLAR VE TANIMLAR •STATĠĞĠN TEMEL PRENSĠPLERĠ • Etki-Tepki eşitliği Ġlkesi Bir mesnet üzerindeki herhangi bir basınç, mesnetten eşit fakat zıt yönlü bir basıncın doğmasına sebep olur. Burada etki ve tepki eşit fakat zıt yönlü iki kuvvettir. • Etki: Cismin yerçekimi kuvvetinden kaynaklanan ve temas ettiği yüzeylere dik olarak uyguladığı kuvvete denir. • Tepki: Yüzeyin cisme ait yer çekimi kuvvetinin temas yüzeylerine uyguladığı etkiye gösterdiği direnç olup buda yüzeye dik bir kuvvettir. Öğr. Gör. Adem ÇALIŞKAN 9 BİRİM SİSTEMLERİ VE DÖNÜŞÜMLER Birim: Aynı cinsten olan, aynı ölçü ile tespit edilen aynı dimansiyonlu (Boyut, herhangi bir yapının ölçümünü gösteren boyutlar ), fiziksel büyüklüklerin sayısal değerinin tespiti için mukayese (karşılaştırma) büyüklüğüdür. Birim adı verilen standart bir ölçü ile ölçülebilen bir fiziki büyüklüğün nitel tanımına boyut denir. Boyutlara örnek olarak, uzunluk, kütle, zaman, kuvvet, hız , alan , hacim vs. sayılabilir. Mekanikte temel boyut olarak yukarıda verilen yedi temel boyuttan üçü ( uzunluk, kütle ve zaman) kullanılır. Bu temel boyutlar cinsinden elde edilebilen boyuta türemiş boyut adı verilir. Örneğin, hız ve hacim türemiş boyuttur. Genel anlamda iki çeşit ölçü birimi vardır: Doğal ölçü birimleri: Mesela saniye gibi, Doğal ölçü birimlerinin her yerde ve her zaman röprodüksiyonu( Çoğaltma, aslına uygun kopya ) yapılabilir. Cisimli, yani cisimlendirilen ölçü birimleri (normal ve prototip) : Mesela kilogram gibi. Bunların elverişli ve uygun şartlar altında değeri değişmez. Öğr. Gör. Adem ÇALIŞKAN 10 BİRİM SİSTEMLERİ VE DÖNÜŞÜMLER •BĠRĠM SĠSTEMLERĠ Bir büyüklüğü ölçmek için ilk önce o büyüklüğe ait bir birim büyüklük seçilir. Sonra ölçmek istenilen büyüklükte bu birim büyüklükten kaç tane olduğu araştırılır. Fizikte her büyüklük için bir birim büyüklük seçmek olanaksızdır. Çok değişik fiziksel büyüklük olmasına rağmen, bunların bir bölümü temel birim olarak seçilmiştir. Diğerleri ise;temel büyüklük cinsinden ifade edilir. Birim büyüklükleri tanımlanan büyüklüklere temel büyüklük denir. Üç tanedir. •Uzunluk •Kütle •Zaman Bunların dışındaki büyülüklere türetilmiş büyüklükler denir (hız, ivme, iş… gibi) Türetilmiş büyüklükler adından da anlaşıldığı gibi temel büyüklükler cinsinden ifade edilirler. Öğr. Gör. Adem ÇALIŞKAN 11 BİRİM SİSTEMLERİ VE DÖNÜŞÜMLER BĠRĠM SĠSTEMLERĠ Temel büyüklüklere verilen birimlere göre uluslar arası anlaşmalarla kabul edilen ve en çok kullanılan dört tanesi; • C G S birim sistemi • M K S mutlak birim sistemi • M Kf S Gravitasyonel birim sistemi • Uluslar arası birim sistemi(SI) Her harf bir birim sistemi ifade eder C.G.S.( Centimeter, Gram, Second ), birim sistemi Uzunluk birimini santimetre(cm), kütle birimini gram(g), zaman birimini ise saniye(s) olarak esas alır. Metrik sistem içinde yer alır. 1874 yılında British Association (İngiliz Birliği) tarafından Advancement of Science ( Bilimde İlerleme ) için ortaya atılmış ve birçok bilim adamı tarafından hemen benimsenmiştir. Öğr. Gör. Adem ÇALIŞKAN 12 BİRİM SİSTEMLERİ VE DÖNÜŞÜMLER M K S mutlak birimler sistemi Bu sistemde temel kavramlar yine uzunluk, kütle ve zamandır. Elektrikte, akım şiddeti de temel kavramlar arasına girer. Temel birimler olarak, uzunluk için metre(m), kütle için kilogram(kg), zaman için saniye(s) ve akım için amper(A) kabul edildiğinden kısaca MKS veya MKSA sistemi olarak bilinir. M Kf S Gravitasyonel birim sistemi Teknikte kullanılan birim sistemidir. Bu birim sisteminde kütle temel büyüklük alınmayıp ağırlık (kuvvet) temel büyüklük olarak seçilmiştir. Bu birim sisteminde kütle türetilmiş bir büyüklük olup özel bir adı yoktur. Öğr. Gör. Adem ÇALIŞKAN 13 BİRİM SİSTEMLERİ VE DÖNÜŞÜMLER Aşağıda CGS, MKS ve MKFS birim sistemlerinin temel ve türetilmiş birimleri gösterilmiştir. Öğr. Gör. Adem ÇALIŞKAN 14 BİRİM SİSTEMLERİ VE DÖNÜŞÜMLER Aşağıda CGS, MKS ve MKFS birim sistemlerinin temel ve türetilmiş birimleri gösterilmiştir. Öğr. Gör. Adem ÇALIŞKAN 15 BİRİM SİSTEMLERİ VE DÖNÜŞÜMLER Uluslar arası Birim Sistemi(SI) Uluslar arası Ağırlıklar ve Ölçüler Konferansı 1971 yılında Paris’te toplanarak üç temel büyüklükten sonra dört temel büyüklüğü daha içine alan uluslararası birim sistemini tanımlamıştır. SI birim sisteminde 7 (yedi) temel büyüklük esas alınmıştır. Uluslar arası birim sistemi M K S mutlak birimler sistemini kapsar. Birim adlarının ve sembollerinin yazılışında tanımlanan birimin adı olan kelime bilimcinin adıyla karışmasını önlemek amacıyla, küçük harfle başlayarak yazılır. Ancak birimin sembolü büyük harfle belirtilir. Örneğin; Joule’nin adını anmak üzere tanımlanan enerji biriminin joule(J), Amper’in adını anmak üzere tanımlanan elektrik akımının amper(A) ….gibi. bir özel isme bağlı olmaksızın tanımlanan birim adları ve bunun semboller küçük harfle yazılır. Örneğin; metre (m), gram (g)….gibi. Öğr. Gör. Adem ÇALIŞKAN 16 BİRİM SİSTEMLERİ VE DÖNÜŞÜMLER Uluslar arası Birim Sistemi(SI) Bu yeni sistemin Temel Birimleri, Ölçü ve Ağırlık Genel Konferansının 10. ve 11. Toplantılarında kabul edildi ve 16.10.1971 tarihli 14. Genel Konferansından itibaren uluslararası geçerli olmuştur ve hala geçerlidir. Bu sistem, birçok ülkede kanuni bir standart olarak uygulanmaktadır. Aşağıdaki tabloda SI birim sisteminin temel birimleri gösterilmiştir. Öğr. Gör. Adem ÇALIŞKAN 17 BİRİM SİSTEMLERİ VE DÖNÜŞÜMLER Uluslar arası Birim Sistemi(SI) Bu yeni sistemin Temel Birimleri, Ölçü ve Ağırlık Genel Konferansının 10. ve 11. Toplantılarında kabul edildi ve 16.10.1971 tarihli 14. Genel Konferansından itibaren uluslararası geçerli olmuştur ve hala geçerlidir. Bu sistem, birçok ülkede kanuni bir standart olarak uygulanmaktadır. Aşağıdaki tabloda SI birim sisteminin temel birimleri gösterilmiştir. Öğr. Gör. Adem ÇALIŞKAN 18 BİRİM SİSTEMLERİ VE DÖNÜŞÜMLER ÖRNEK PROBLEMLER 2,5 Mega Pascal (2,5 MPa) kaç pascaldır? 2,5 Mpa = 2,5*106 Pa= 2 500 000 Pascal 27*108 Pascal kaç Gpa ? 27*108 Pa=2 700 000 000 Pascal = 2,7 Gpa 250 mm kaç m dir? 250 mm = 250*10-3 m = 0,250 m dir. 275*102 Newton (N) kaç kilo Newton(kN) dur? 27500 Newton = 27,5 kN Sayıların anlamlı yazılması kuralına göre 21812*103 nasıl yazılır? 21 812 000 Öğr. Gör. Adem ÇALIŞKAN 19 MADDE VE ÖZELLĠKLERĠ •MADDE Uzayda yer kaplayan, kütlesi ve hacmi olan ve eylemsizlik prensibine uyan varlıklara denir. Maddenin şekil almış haline cisim denir. Maddeler katı, sıvı ve gaz halinde bulunabilirler. Bütün maddelerde bulunan özelliklere ortak özellik denir. Bir maddenin yalnız kendine ait özelliğine ise, ayırt edici özellik denir. •Maddelerin ortak özellikleri •Eylemsizlik: Bir maddenin sahip olduğu hareket ve şekil durumunu koruma meyline denir. •Hacim (V) ( m3 ): Maddelerin uzayda kapladığı yere denir. •Kütle ( m ) (Kg): Madde miktarıyla ilgili bir özelliktir. •Ağırlık ( G ) (N): Gezegenin maddeye uyguladığı kütle çekim kuvvetidir. •Yerçekimi ivmesi ( g ) = (9,81)( m/s2 ) •Ağırlık ( G ) (N) Newton= m (Kütle) * g ( Yerçekimi ivmesi ) •Kuvvet ( N ) Newton=Kgm/s2 Öğr. Gör. Adem ÇALIŞKAN 20 MADDE VE ÖZELLĠKLERĠ • ÖZKÜTLE: Birim hacmin kütlesidir. Aynı şartlarda Özkütle maddelerin ayırt edici özelliğidir. Kütle (m) (Kg) Hacim (V) (m3) Özkütle ( δ) (Kg/m3) Kütle ( m ) (Kg) 3 Özkütle(δ)(Kg/m )= Hacim( V )(m 3 ) Özkütle; maddelerin hacmine ve kütlesine bağlı değildir. Hacim arttıkça kütle de artar veya kütle arttıkça hacimde artar ve Özkütle sabit kalır. Maddelerin özkütleleri iki nedenden dolayı değişebilir. Kütle sabit kalmak şartıyla basıncın etkisiyle hacmi değişen maddelerin özkütlesi değişebilir. Basınçla madde sıkıştırılıp hacmi azaltılırsa özkütlesi artar. Sıcaklık ve basınç sabit iken kütle ve hacim doğru orantılı olarak değişir. Kütle sabit iken sıcaklık etkisiyle hacim değişikliği olursa, Özkütle değişir. Bir cismin sıcaklığı artarsa hacmi de artar. Kütle sabit kalmak şartıyla hacim artarsa Özkütle azalır. Öğr. Gör. Adem ÇALIŞKAN 21 MADDE VE ÖZELLĠKLERĠ ÖRNEK 0.785 Kg/m3 yoğunluğa sahip akaryakıttan 35 m3 lük hacme kaç kg doldurulabilir? m=d*V =0.785 Kg/m3*35 m3 =27.475 Kg Öğr. Gör. Adem ÇALIŞKAN 22 ÖDEV • • • • • • • • • • • Üslü sayılarla işlemler Köklü sayılarla işlemler İkinci dereceden bir bilinmeyenli denklem çözümü Pisagor teoremi Trigonometrik ifadeler Sinüs teoremi Cosinüs teoremi Koordinat sistemi Alan hesabı Hacim hesabı İle ilgili birer örnek problem çözümü yapınız? Ders kitabınızın 29. sayfasındaki problemlerin ayrıntılı çözümünü yapınız. Öğr. Gör. Adem ÇALIŞKAN 23 ÖDEV Öğr. Gör. Adem ÇALIŞKAN 24
