Yay Nedir? Yayların Özellikleri, Çeşitleri ve Kullanım Alanları

Yay Nedir? Yayların Özellikleri, Çeşitleri ve Kullanım Alanları
MsXLabs.org

Kuvvet uygulandığında bazı cisimlerin şekillerinde değişiklikler olduğunu, uygulanan kuvvet ortadan kalktığında ise bu cisimlerin ilk şekillerine döndüklerini fark ettiniz mi? Bu tür cisimlere, esnek cisimler dendiğini biliyor musunuz?

Örneğin giydiğimiz bazı tişört ve çoraplar esnektir. Onları giyebilmek için gereriz. Çıkardığımızda ise bu giysiler, ilk şekillerine döner. Oyun hamuru ve cam macunu gibi maddeler esnek değildir. Onlara kuvvet uyguladığımızda şekillerini değiştirebiliriz. Fakat uyguladığımız kuvvet ortadan kalktığında bu maddeler eski hâllerine dönmezler.
Yay gibi cisimler esnektir. Gererek ya da sıkıştırarak onların şekillerini değiştirebiliriz. Uyguladığımız kuvveti ortadan kaldırdığımızda ise yay eski hâline döner.

Bir yaya uygulanan kuvvetin büyüklüğü, yayın gerilmesini veya sıkışmasını nasıl etkiler?
Bir cismi, yayın ucuna astığımızda cismin ağırlığından dolayı yay uzar. Fakat yay da asılı olduğu cisme yukarı doğru bir kuvvet uygular. Bu yüzden cisim asıldıktan sonra, yayın ucu bir müddet aşağı ve yukarı hareket eder ve bir süre sonra durur. Bu durumda cismin ağırlığı ile yayda oluşan kuvvet dengede olur. Cismi yaydan ayırdığımızda yayın ucu yukarı doğru hareket eder. Eğer yayın ucundan ayırdığımız cisim daha ağır olursa yay yukarı doğru daha hızlı hareket eder. Bu durum yayın, kendisini geren cisme, eşit büyüklükte ve zıt yönde bir kuvvet uyguladığını gösterir.
Acaba, bir yaya çok büyük bir kuvvet uygularsak ne olur?
Günlük hayatta kullanılan yayların esneklik özelliği farklıdır. Farklı kalınlıkta ve uzunluktaki yaylar farklı esneklik özelliğine sahiptir. (Amortisörlerdeki yaylar kalın ve sert, kalemdeki yay ince ve yumuşaktır). Yaya gereğinden fazla kuvvet uygulandığında yay, esneklik özelliğini kaybeder ve eski hâline dönemez. Yapımında yay kullanılan aletler tasarlanırken yay ile bu yaya uygulanacak kuvvetin uygun özellikte olmasına dikkat edilir. Bir cismin ağırlığını ölçmek için dinamometre (yaylı el kantarı) kullanıldığını öğrenmiştik. Bir elmayı dinamometreye astığımızda elmanın ağırlığı dinamometrenin içindeki yayı uzatır. Eğer aynı dinamometreye bir paket elma asarsak yay bu kez daha fazla uzar. Çünkü bir paket elmanın ağırlığı daha fazladır. Kuvvet biriminin Newton (Nivton) olduğunu ve “N” ile gösterildiğini biliyoruz. Newton biriminin kullanılışını şu şekilde örneklendirebiliriz:
Söz gelişi 100 g’lık bir çikolatanın ağırlığı yaklaşık 1 N iken 1 kg’lık şeker paketinin ağırlığı yaklaşık 10 N’dur.
Ağırlık ölçmek için kullanılan dinamometreler farklı şekillerde tasarlanır. Yaylarının inceliğinden ya da kalınlığından bu dinamometrelerin farklı ağırlıktaki cisimleri ölçmek için yapıldıklarını anlayabiliriz. Örneğin, ince yaydan yapılan bir dinamometre 0 – 1 N arasında ölçüm yaparken kalın yaydan yapılanı 0 – 10 N arasında ölçüm yapabilir. Aşağıdaki resimlerden de anlaşılacağı gibi, yaylar birçok alette kullanılır. Yayların bu aletlerde hangi amaçlarla kullanılmış olduklarını açıklayalım. Yapımında yay kullanılan aletlere çevremizden başka örnekler verelim.
Fen bilimleriyle uğraşan bilim insanları için ölçme çok önemlidir. Bilim insanları yaptıkları gözlem ve araştırmalarını, uygun ölçme araçlarını kullanarak anlamlı hâle
getirirler. Örneğin, bir mühendis metre ve gönye gibi araçları kullanırken bir doktor da hastasının ateşini ölçmek için termometreden yararlanır. Gözlem ve ölçümlerin sonucunda elde edilen veriler, yorumlanarak değişkenler arasındaki muhtemel ilişkiler belirlenir. Elde edilen veriler tablo, grafik, resim, çizim ve yazılı metin gibi çeşitli yöntemlerle kaydedilir. Şimdi bir lastiğe ya da yaya farklı büyüklükteki ağırlıkları asarak bir dinamometre yapmaya ne dersiniz?
Lastikteki uzama miktarı uygulanan kuvvet ile doğru orantılıdır. Yani bir lastik ya da yaya uygulanan kuvvet ne kadar artırılırsa uzama miktarı da aynı oranda artar. Günlük hayatta kullandığımız el kantarı, baskül gibi tartı araçları yayların bu özelliğine göre ölçüm yapar. Ancak uygulanan kuvvetin artırılması sonucunda lastiğin kopabileceğini veya yayın esnekliğini yitirebileceğini ve uzamanın kalıcı hâle gelebileceğini dikkate almak gerekir.

Önemli not:

Esneklik potansiyel enerjisi sıkıştırma veya gerilme miktarına ve maddenin esneklik özelliğine bağlıdır.
Her yayın esneklik potansiyel enerjisi farklıdır. Bu enerji yayın esnekliği , sertliği , yapıldığı maddenin cinsine ve yayın helozon sayısına bağlıdır.
Esnekliğini kaybeden bir yay eski haline dönemez.

Yayların Oluşturduğu Kuvvetler
Yayların şeklinin değiştirilmesi yani gerilmesi veya sıkıştırılması için kuvvet uygulanması gerekir. Yayların şeklinin değiştirilmesi için uygulanan kuvvetler germe ve sıkıştırma kuvvetleridir. Yaylara uygulanan kuvvetler ortadan kalktığında yaylar eski haline yani denge durumuna geri dönerler.
Bir yaya germe veya sıkıştırma kuvveti uygulandığında etki – tepki prensibine göre yayda uygulanan kuvvete zıt yönde ve eşit büyüklükte itme ve çekme kuvveti uygular.
Yayları sıkıştırmak veya germek için uygulanan kuvvet arttırıldığında yayda oluşan itme veya çekme kuvveti ile yayların sıkışma veya gerilme miktarları da artar. Bu nedenle yayları sıkıştırmak veya germek için uygulanan kuvvet ile sıkışma veya gerilme miktarı doğru orantılıdır.
Yayın sıkıştırılması veya gerilmesi için uygulanan kuvvetler ortadan kalktığında yayların eski hallerine dönme hızları artar.
Yaydaki gerilme (uzama) veya sıkışma miktarı, yaya uygulanan germe veya çekme kuvveti ile doğru orantılıdır.
Sembol Birim: (SI)
Birim: (CGS)
Kuvvet: F
Newton [N]: Dyn
Yay Sabiti: k (N/m, dyn/cm)
Gerilme veya Sıkışma Miktarı: x (m, cm)

F = k . x

F → Yaya uygulanan germe veya sıkıştırma kuvveti
k → Yayın yapıldığı maddeye bağlı olan yay sabiti
x → Yaydaki gerilme (uzama) veya sıkışma miktarı

k yay sabiti ile yayın esnekliği ve hassaslığı doğru orantılıdır.

a) Germe ve İtme Kuvveti
Yayları germek için kuvvet uygulandığında etki – tepki prensibine göre gerilen yay esneklik özelliğinden dolayı eski haline geri dönebilmek için itme kuvveti uygular. Yayları germek için uygulanan kuvvet arttırıldığında yayda oluşan itme kuvveti de artar.

b) Sıkıştırma ve Çekme Kuvveti
Yayları sıkıştırmak için kuvvet uygulandığında etki – tepki prensibine göre sıkışan yay esneklik özelliğinden dolayı eski haline geri dönebilmek için çekme kuvveti uygular. Yayları sıkıştırmak için uygulanan kuvvet arttırıldığında yayda oluşan çekme kuvveti de artar.

Kaynak

MsXLabs Üye Girişi