Basit Araç Gereçle Bilimsel Bir Dinamometre Modeli Tasarlama, Yayların Esneklik Sınırı ve Ölçüm Hassasiyetini Geliştirme
FB.5.2.3. Günlük hayatta bulunabilen basit malzemelerle kuvvet ölçebilen bilimsel bir dinamometre modeli tasarlayabilme · FB.5.2.4. Yayların uzama miktarı ile uygulanan kuvvet arasındaki doğrusal ilişkiyi, esneklik sınırını ve ölçüm hassasiyetini kanıtlarla değerlendirebilme
- Basit bir dinamometre modelinde kuvvet etkisiyle uzayıp eski hâline dönebilen sarmal yay veya paket lastiği, dış muhafaza borusu, cetvel ölçeği ve yük asma kancası kullanılır.
- Kancaya yük asılmamışken gösterge hizası 0 N olarak işaretlenir; özdeş ağırlıklar asıldıkça oluşan eşit uzamalar gövde üzerine eşit bölmelerle çizilerek kalibrasyon yapılır.
- Esneklik sınırı aşılmadığı sürece yaydaki uzama miktarı uygulanan kuvvetle doğru orantılıdır (Son Boy = İlk Boy + Uzama); sınır aşılırsa yay kalıcı olarak bozulur.
- İnce telli, yumuşak (bakır gibi) yaylı ve küçük kapasiteli dinamometreler küçük kuvvetleri daha hassas ölçer; kalın ve sert (çelik gibi) yaylar ise büyük kuvvetleri ölçer.
Dinamometre modeli tasarımı ve çalışma ilkeleriyle ilgili kavramları sağ sütundaki açıklamalarıyla eşleştiriniz.
Görseldeki deneyde serbest boyu 12 cm olan sarmal yaya 15 N yük asıldığında yayın toplam boyu 15 cm olmaktadır. Esneklik sınırı aşılmadan aynı yaya 45 N yük asılırsa yayın uzama miktarı ve son boyu kaç santimetre olur?
- AUzama: 9 cm — Son boy: 21 cm
- BUzama: 6 cm — Son boy: 18 cm
- CUzama: 9 cm — Son boy: 27 cm
- DUzama: 12 cm — Son boy: 24 cm
Görseldeki model yenileme kartında öğrencinin kalın yaylı dinamometre modeliyle 2 N’luk silgiyi ölçemediği görülmektedir. Öğrenci yeni kanıtlara dayanarak modelini nasıl yenilemelidir?
Görseldeki 10’ar eşit bölmeli dört dinamometre kartını inceleyerek her aracın 1 bölmesinin gösterdiği kuvveti ve 4 N’luk cismi en hassas ölçüp ölçemeyeceğini tabloya yazınız. İlk satır örnektir.
| Dinamometre Kartı | 1 Bölme Değeri | Hassasiyet Durumu |
|---|---|---|
| 1. P Aracı (10 N · İnce bakır yay) | 1 N | En yüksek hassasiyet (4 bölme uzar) |
| 2. R Aracı (20 N · Orta bakır yay) | 2 N | Yüksek hassasiyet (2 bölme uzar) |
| 3. S Aracı (50 N · Orta çelik yay) | 5 N | Orta hassasiyet (1 bölmeden az) |
| 4. T Aracı (100 N · Kalın çelik yay) | 10 N | En düşük hassasiyet (Büyük yükler) |
Dinamometre tasarımı, esneklik sınırı ve ölçüm duyarlılığıyla ilgili yargıların doğru olanlarına D, yanlış olanlarına Y kutusunu işaretleyiniz.
| D | Y | |
| Dinamometre modelinde kancaya hiçbir yük asılmamışken gösterge çizgisi 0 N olarak işaretlenmelidir. | ✓ | |
| Pamuk ipliği ve bakır tel esnek maddeler olduğu için dinamometrenin iç elemanı olarak kullanılabilir. | ✓ | |
| En fazla 40 N ölçebilen bir dinamometreye 65 N ağırlığında taş asılırsa yayın esneklik özelliği bozulur. | ✓ | |
| Aynı uzunluk ve kalınlıktaki bakır yay, çelik yaya göre daha yumuşak olduğundan aynı yükte daha çok uzar. | ✓ | |
| Aynı bölme sayısına sahip iki dinamometreden kapasitesi 100 N olanın hassasiyeti, 10 N olandan daha yüksektir. | ✓ |
Cümlelerde boş bırakılan yerleri kutudaki uygun sözcüklerle tamamlayınız.
- Esneklik sınırı içinde yayın uzama miktarı, uygulanan kuvvetin büyüklüğü ile doğru orantılıdır.
- Küçük kuvvet değerlerini bile ayırt edebilen dinamometrelerin ölçüm hassasiyeti daha yüksektir.
- Yaya dayanabileceğinden fazla kuvvet uygulanırsa esneklik sınırı aşılır ve yay eski boyuna dönemez.
- Ağır yükleri bozulmadan ölçebilmek için dinamometre tasarımında kalın ve sert çelik yay seçilir.
Görselde maksimum ölçüm kapasitesi 30 N olan 10 bölmeli K dinamometresi ile kapasitesi 60 N olan 10 bölmeli L dinamometresi verilmiştir. 18 N ağırlığındaki bir oyuncak kamyon bu araçlara ayrı ayrı asılırsa göstergeler kaçar bölme uzar?
- AK aracında 3 bölme — L aracında 6 bölme
- BK aracında 9 bölme — L aracında 3 bölme
- CK aracında 6 bölme — L aracında 3 bölme
- DK aracında 6 bölme — L aracında 6 bölme
Görseldeki grafikte X, Y ve Z sarmal yaylarına uygulanan kuvvete bağlı uzama miktarları verilmiştir. Yalnız bu verilerden yararlanarak aşağıdakilerden hangisine ulaşılamaz?
- AAynı kuvvet değerinde en fazla uzama X yayında gözlenmiştir.
- BKüçük kuvvetleri en duyarlı ölçen dinamometre X yayıyla tasarlanır.
- CZ yayı diğer yaylara göre daha kalın veya daha sert bir metalden yapılmıştır.
- D10 N kuvvet uygulandığında Z yayının esneklik sınırı aşılarak yay bozulmuştur.
Görseldeki deneyde en fazla 45 N ölçebilen bir dinamometreye önce 60 N ağırlığında demir gülle asılıp çıkarılmış, ardından 15 N’luk cisim asılmıştır. İkinci ölçümün neden hatalı sonuç vereceğini açıklayınız.
Görseldeki malzeme kutularından hangisinde seçilen tüm araç gereçler çalışan bilimsel bir dinamometre modeli tasarlamak için uygundur?
- A1. Kutu: Tahta çubuk, pamuk ipi, cetvel ve ataç
- B2. Kutu: Çelik sarmal yay, şeffaf şırınga gövdesi, cetvel ve tel kanca
- C3. Kutu: Bakır elektrik teli, karton rulo, oyun hamuru ve kanca
- D4. Kutu: Keten ayakkabı bağı, plastik boru, cetvel ve demir çivi
Görselde basit araç gereçlerle bilimsel bir dinamometre modeli tasarlama ve kalibre etme aşamaları karışık verilmiştir. Doğru mühendislik sırasına göre 1’den 4’e kadar numaralandırınız.
- 2Kancaya hiçbir cisim asılı değilken yayın alt hizasını gövde üzerinde ‘0 N’ başlangıç noktası olarak işaretlemek
- 1Şeffaf silindir gövdenin içine esnek sarmal yayı sabitleyip alt ucuna tel kancayı takmak
- 3Ağırlığı bilinen özdeş cisimleri kancaya teker teker asarak oluşan eşit uzamaları cetvelle eşit bölmeler hâlinde çizmek
- 4Ağırlığı bilinmeyen farklı cisimleri kancaya asarak modelin ölçüm doğruluğunu ve hassasiyetini test etmek
İpuçlarındaki kavramları kutulara yazınız. Numaralı harflerle “dinamometrede bilinen ağırlıklarla eşit bölmeli ölçek çizme işlemi” kavramını bulunuz.
Turuncu kutulardaki harfler yukarıdan aşağıya: KALİBRE