AYTFizik

Tork ve Denge

Fizik · AYT · Tork, Elektrik ve Manyetizma

Konu Anlatımı

Tork ve Kuvvet Kolu

Bir kuvvetin döndürme etkisine tork denir: τ = F · d. Buradaki d, destek noktasından kuvvetin etki doğrusuna inen dik uzaklıktır, yani kuvvet koludur. Kuvvetin uygulandığı nokta ile destek arasındaki uzaklık kuvvet kolu değildir; kuvvet dik olarak uygulanmıyorsa τ = F · D · sinθ bağıntısı kullanılır. Torkun birimi N·m'dir ve saat yönü ile saat yönü tersi iki farklı dönüş etkisi olduğu için işaretli ele alınır. Dönme yönünü belirlemek için sağ el kuralı ya da saat yönü/saat yönü tersi notasyonu kullanılır.

Katı Cisim Dengesi

Bir katı cismin hem yerinden kımıldamaması hem de dönmemesi için iki koşul birlikte sağlanmalıdır: ΣF = 0 ve Στ = 0. Tork denklemini kurarken destek noktası serbestçe seçilebilir; genellikle bilinmeyen kuvvetin geçtiği nokta seçilir, çünkü o kuvvetin momenti sıfır olur ve denklem bir bilinmeyene iner. Çubuk, kapı ve köprü gibi uzun cisimlerde moment almak, kuvvet denklemini tek başına çözmekten çok daha hızlıdır. Dengede olan her sistemde hem toplam kuvvet hem de herhangi bir noktaya göre toplam tork sıfırdır.

Kütle Merkezi

Cismin ağırlığının toplu olarak etki ettiği kabul edilen noktaya kütle merkezi denir. Homojen ve geometrik olarak simetrik cisimlerde merkez geometrik merkezdedir; iki ve üç boyutta nokta kütleler için koordinatlar ağırlıklı ortalama ile bulunur: x_km = (m₁x₁ + m₂x₂)/(m₁ + m₂). Ağırlık merkezi desteklenen bir cismin dengede durmasını sağlar; destek noktası merkezin tam altındayken cisim yatay durur, merkezin üstündeyse kararsızdır.

CisimKütle merkeziAçıklama
Homojen çubukOrta noktaUçların tam ortası
Homojen daireMerkezSimetrik olduğundan merkezdedir
Eşkenar üçgenKesişim noktasıAğırlık eksenlerinin kesiştiği yer
Dikdörtgenler prizmasıKöşegenlerin kesişimiUzunlukların orta noktasında

Basit Makineler

Kaldıraçta denge için destek noktasına göre momentler eşitlenir: F₁ · d₁ = F₂ · d₂. Yükün kolu uygulanan kuvvetin kolundan uzunsa kuvvetten kazanç sağlanır, ancak yapılan iş sabit kaldığı için kazanç yalnız kuvvettir, enerji değildir. Sabit makarada yön değiştirir ama kuvvetten kazanç sağlamaz; değişken makarada ise destekli makaraların sayısı arttıkça gerekli kuvvet yükün bir parçasına iner. Eğik düzlem ise uzunluk karşılığı kuvvet kazancı verir; sürünmesiz idealleştirildiğinde F = W · sinθ olur.

MakineKazançTemel bağıntı
KaldıraçKuvvet kazancıF₁ d₁ = F₂ d₂
Sabit makaraYön değiştirirF = W
Değişken makaraKuvvet kazancıF = W / (destekli makara sayısı)
Eğik düzlemUzunluk kazancıF = W sinθ (sürtünmesiz)

Denge Uygulamaları: İp Gerilimleri ve Destek Kuvvetleri

İki destek arasına alınmış bir çubukta desteklerin taşıdığı yük, ağırlık merkezinin desteklere olan uzaklıklarıyla ters orantılı olarak dağılır. Merkez desteklerin tam ortasındaysa yük eşit paylaşılır; ortak noktaya yaklaşan destek daha fazla yük alır. İple asılan sistemlerde ise iplerdeki gerilimler hem kuvvet dengesinden hem de moment dengesinden bulunur; moment denklemi tek başına bir gerilimi, kuvvet dengesi de kalan gerilimi verir. Bu iki denklemin birlikte kullanılması, tek başına kuvvet dengesinin çözemediği belirsiz durumları giderir.

Çözüm Tekniği, Sık Çıkan Kalıp ve Zaman Kazandıran Yol

Tork sorularında çözüm tekniği sabittir: destek noktasını seç, saat yönü ve saat yönü tersi işaretleriyle momentleri yaz, Στ = 0 denklemini kur. Sık çıkan kalıp, merkezden eşit uzaklıktaki iki kuvvetin birbirini dengelemesi ve simetrik çubuklarda ağırlığın ortadan alınmasıdır. Sınavın klasik sorusu, bilinmeyen kuvvetin momentini sıfır yapacak noktayı destek seçmektir; bu seçim denklemi tek terime indirger.

Zaman kazandıran yol, kuvvetlerin moment toplamını hemen denklem üzerine yazmadan önce hangi kuvvetlerin birbirini dengeleyebileceğini gözle görmektir: eşit ve zıt iki kuvvet simetrik konumdaysa diğer kuvvetlerin toplamı da bunlarla dengelenir. Ayrıca çubuk sorularında ağırlığın uygulandığı noktayı çizmek, kuvvet kolu hatasının önüne geçer. Son kontrol olarak birimlerin hepsinin N·m (moment) ve N (kuvvet) cinsinden ayrı ayrı yazıldığından emin olunur.

Ne Öğreneceğiz

Tork kuvvet kolu ilişkisi, katı cisim dengesi, kütle merkezi ve basit makineler Bu konuda ögrenme çıktıları:

Ön Bilgi

Bu konuya başlamadan önce temel kavram ve ön koşulları kavramanız yardımcı olacaktır. Konunun çerçevesinde şu kavramlar dikkat ister:

Basit Örnek ve Günlük Yaşam

Günlük yaşamda ve mesleki bağlamda bir uygulama:

Soru: Destek noktasından 3 m uzaklıktaki noktaya dik olarak uygulanan 20 N'luk kuvvetin torku kaç N·m'dir?

  1. Adım 1: Kuvvet dik uygulandığı için kuvvet kolu 3 m'dir.
  2. Adım 2: τ = F · d bağıntısına değerler yazılır: τ = 20 · 3.
  3. Adım 3: Sonuç 60 N·m olarak bulunur.

Sonuç/cevap: 60 N·m

İleri Örnek

Daha ileri bir uygulama:

Soru: Uzunluğu 3 m, ağırlığı 120 N olan çubuk sol ucundan 0,5 m ve sağ ucundan 0,5 m uzaklıktaki noktalardan iplerle asılmıştır. Çubuğun sol ucundan 1 m içerdene 80 N'luk yük asılmıştır. Sol ipteki gerilim kaç N'dır?

  1. Adım 1: Sol ipin olduğu nokta referans alınır: yük 0,5 m, ağırlık ise 1 m ileridedir; sağ ip 2 m ileridedir.
  2. Adım 2: Moment dengesi: 80 · 0,5 + 120 · 1 = T_sağ · 2, buradan 160 = 2 T_sağ ve T_sağ = 80 N.
  3. Adım 3: Toplam düşey kuvvet dengesinden T_sol = 80 + 120 − 80 = 120 N bulunur.

Sonuç/cevap: 120 N

Adım Adım Çözülmüş Örnek

Örnek 1: Temel Tork Hesabı konusunun adımları:

  1. Adım 1: Kuvvet dik uygulandığı için kuvvet kolu 3 m'dir.
  2. Adım 2: τ = F · d bağıntısına değerler yazılır: τ = 20 · 3.
  3. Adım 3: Sonuç 60 N·m olarak bulunur.

Karşılaştırma Tablosu

KavramAçıklama
Kuvvet kolu, destek noktasından kuvvet dKuvvet kolu, destek noktasından kuvvet doğrusuna inen dik uzaklıktır.
Katı cisim dengesi için hem net kuvvet hKatı cisim dengesi için hem net kuvvet hem de net tork sıfır olmalıdır.
Moment alınacak destek noktası bilinmeyeMoment alınacak destek noktası bilinmeyen kuvvetin üzerinden seçilebilir.
Basit makinelerde kazanılan şey kuvvettiBasit makinelerde kazanılan şey kuvvettir; yapılan iş enerji nedeniyle sabit kalır.
Ağırlık merkezi destek noktasının altındAğırlık merkezi destek noktasının altındaysa cisim kararlı, üstündeyse kararsız durur.
İki destekli sistemde merkeze yakın destİki destekli sistemde merkeze yakın destek daha büyük kuvvet taşır.

Sık Yapılan Hatalar

Kuvvet kolu olarak destek ile uygulama noktasını almak: Mesafe, destekten kuvvet doğrusuna inen dik uzaklık olmalıdır; eğik uygulanan kuvvette bu değer kısadır.

Dengede yalnız kuvvet toplamına bakmak: Net kuvvet sıfır olsa da net tork sıfır değilse cisim dönmeye başlar, ikinci koşul da gerekir.

Moment alırken yön işaretlerini vermemek: Saat yönü ile saat yönü tersi momentler karşılaştırılır; işaret verilmeden kurulan denklem yanlış sinyal verir.

Ağırlığın etki noktasını hep çubuğun ucunda sanmak: Homojen bir çubukta ağırlık merkezde, yani orta noktada etki eder.

Kaldıraçta kazancı işe de taşımak: Basit makineler enerji kazandırmaz; yalnız gerekli kuvveti azaltır, yol uzar.

Özet

Tork, kuvvetin döndürme etkisidir ve kuvvet ile dik kuvvet kolu çarpımıyla bulunur. Katı cisim dengesi hem net kuvvetin hem net torkun sıfır olmasını gerektirir. Kütle merkezi ağırlıklı ortalama ile bulunur. Kaldıraç ve makaralar kuvvet kazancı sağlar; destek ve moment dengesi birlikte kurularak çubuk, kapı ve asma sistemleri çözülür.

Kendini Dene

Soru: Yönerge: Bir noktaya göre döndürülmek istenen 1,5 m'lik bir kiriş üzerinde 0,5 m ilerisinden 120 N'luk, ucundan ise 90 N'luk yükler asılıdır. Mesnete (dönme noktasına) göre toplam torku hesapla ve kirişin dönmemesi için ucuna uygulanması gereken dik kuvveti bul. Adımlarını açıkça yaz.

Örnek cevap: Puanlama anahtarı: torkun τ = F·d olarak kurulması 3 puan; 120·0,5 = 60 N·m ve 90·1,5 = 135 N·m ara hesaplarının doğru yapılması 4 puan; toplam torkun 195 N·m olduğunun yazılması 3 puan; denge için F·1,5 = 195 denklemiyle F = 130 N sonucunun çıkarılması 4 puan; birim ve düzen 1 puan. Toplam 15 puan. Model cevap: Denge için net tork sıfırdır; iki yükün torku toplanır ve zıt yönlü uygulanan 130 N'luk kuvvet bunu dengeler.

Tork ve Denge — Sık Sorulan Sorular

Tork ve Denge nedir?

Bir kuvvetin döndürme etkisine tork denir: τ = F · d. Buradaki d, destek noktasından kuvvetin etki doğrusuna inen dik uzaklıktır, yani kuvvet koludur. Kuvvetin uygulandığı nokta ile destek arasındaki uzaklık kuvvet kolu değildir; kuvvet dik olarak uygulanmıyorsa τ = F · D · sinθ bağıntısı kullanılır. Torkun birimi…

Tork ve Denge konusunda ne öğrenilir?

Kuvvet kolu, destek noktasından kuvvet doğrusuna inen dik uzaklıktır.

Tork ve Denge konusunda sık yapılan hatalar nelerdir?

Kuvvet kolu olarak destek ile uygulama noktasını almak: Mesafe, destekten kuvvet doğrusuna inen dik uzaklık olmalıdır; eğik uygulanan kuvvette bu değer kısadır. Dengede yalnız kuvvet toplamına bakmak: Net kuvvet sıfır olsa da net tork sıfır değilse cisim dönmeye başlar, ikinci koşul da gerekir.

Tork ve Denge için hangi formüller ve kurallar kullanılır?

Tork: τ = F · d (d: dik kuvvet kolu) · Genel tork: τ = F · D · sinθ · Denge koşulları: ΣF = 0 ve Στ = 0 · Kaldıraç dengesi: F₁ · d₁ = F₂ · d₂

Tork ve Denge kazanımları nelerdir?

Torku kuvvet ve kuvvet kolu üzerinden hesaplar. Katı cisimler için kuvvet ve tork denklemlerini kurar. Kütle merkezini ağırlıklı ortalama ile belirler.

Tork ve Denge Kazanımları

Örnek Sorular ve Çözümleri

Örnek Soru 1 kolay

Destek noktasından 2 m uzaklıktaki noktaya dik uygulanan 25 N'luk kuvvetin torku kaç N·m'dir?

  1. A) 50 N·m
  2. B) 12,5 N·m
  3. C) 2,5 N·m
  4. D) 47 N·m
Cevabı göster

Doğru cevap: A) 50 N·m

τ = F · d = 25 · 2 = 50 N·m bulunur; kuvvet dik uygulandığı için kuvvet kolu doğrudan 2 m'dir.

Örnek Soru 2 orta

Bir kaldıraçta denge sağlandığında F₁ · d₁ ifadesi neye eşittir?

  1. A) F₂ + d₂
  2. B) F₂ / d₂
  3. C) F₂ · d₂
  4. D) d₂ / F₂
Cevabı göster

Doğru cevap: C) F₂ · d₂

Destek noktasına göre momentlerin eşitliğinden F₁ · d₁ = F₂ · d₂ çıkar; momentler toplanmaz, eşitlenir.

Örnek Soru 3 zor

8 m uzunluğunda ve 45 N ağırlığındaki çubuk, sol ucundan (A) ve sağdan 2 m içeriden (B) desteklenmiştir. A'daki destek kuvveti kaç N'dır?

  1. A) 30 N
  2. B) 15 N
  3. C) 45 N
  4. D) 7,5 N
Cevabı göster

Doğru cevap: B) 15 N

B'ye göre moment alınırsa A'nın kolu 6 m, ağırlığın kolu 2 m olur: N_A · 6 = 45 · 2, buradan N_A = 15 N.

Sıradaki adım

Konu anlatımları hesapsız okunur. Quiz, slayt ve deneme için hesap gerekir.

DersTeders ile devam et

Fizik için çalışma yolu

  1. OkuKonu anlatımını bu sayfada bitir.
  2. Soru çözÖrnekleri çöz, cevabı açıklamayla karşılaştır.
  3. Quiz ile pekiştirHesapla kendini ölç.

Slaytla adım adım öğren · Tüm dersler · Ana sayfa

Hesap açTüm dersleri keşfet

Konu anlatımları hesapsız okunur; quiz, slayt ve deneme için hesap gerekir.

Bu sayfa Tork ve Denge konusunun anlatımını, kazanımlarını ve örnek sorularını içerir. Konuyla ilgili tüm sorular için testi çöz, diğer konular için DersTeders ana sayfasına geçebilirsin.

Bu konunun öğretmen materyallerini (ders planı, çalışma kâğıdı, çözümlü soru bankası, rubrik) yazdırabilirsin: Yazıcı çıktısı modülünü aç