Konu Tarihi: 05.10.2010- 21:23

  

---

MERKEZCİL KUVVET VE HAREKET YASALARI
Bir kütle, dairesel bir yörünge üstünde hareket ettiğinde, merkezkaç ve merkezcil kuvvetler ortaya çıkar. Bir ipin ucuna bağlanan taş, bir eksen çevresinde döndürülürse, yörüngeye teğet doğrultuda fırlayıp kaçmaya çalışır. Taşı sürekli olarak yörünge dışına kaçmaya zorlayan bu kuvvete, merkez kaç adı verilir. Taşın merkezkaç kuvvet etkisinde kalıp uzaklaşmasını önleyen ve onu yörüngede tutan kuvvetse, merkezcil kuvvet diye adlandırılır. Merkezkaç ve merkezcil kuvvetlerin şiddetleri aynı, yönleri terstir ve her zaman ikisi birlikte bulunur.
1687’de Sir İsaac NEWTON üç ünlü hareket yasası yayınlamıştır. Birinci yasada, bir kuvvet etki etmediği sürece her taneciğin, ya belirli bir konumda kaldığı yada düzgün bir hızla hareket ettiği belirtilmiştir. Hız, doğrultu belirtilmeksizin, yolun zamana göre değişimi diye tanımlanır. Oysa yönlendirilmiş hız, belirli bir yöndeki hızdır. Taş, değişmez bir hızla döndüğünden, düzgün bir hareket yapmaktadır. Ama, hareketin doğrultusu her an değiştiğinden, yönlendirilmiş hızı da her an değişmektedir. Newton’un birinci hareket yasasına göre, taşın etkilendiği merkezcil kuvvet, hızın değişmesine neden olmaktadır. İvme, zamana göre hızın değişmesi diye tanımlandığından, taşın ivmeli bir hareket yaptığı söylenebilir. Bu ivme, dairesel yörünge boyunca değildir; yörüngeye dik, yani dönme eksenine doğrudur. Değeriyse, yörünge hızının karesinin, yörüngenin yarıçapıyla bölümüne eşittir.
Newton’un ikinci hareket yasasına göre; bir cisme etki eden kuvvet, o cismin kütlesi ile kuvvetin oluşturduğu ivmenin çarpımına eşittir. Burada ivmenin yönü, kuvvetin yönüyle aynıdır. Dolayısıyla, taşı etkileyen merkezcil kuvvet, taşın kütlesi ile merkeze doğru olan ivmenin çarpına eşittir.

MERKEZCİL KUVVETTİN KULLANILDIĞI ÖRNEKLER

REGÜLATÖR, MERKEZKAÇ

Merkezkaç regülatör, dizel motoru (gemilerde kullanılanlar) ya da buhar türbini (elektrik altörnatörünü döndürenler) gibi birincil iş makinalarının dönme hızını denetleyen bir otomatik düzenleme sistemidir.

Geri besleme:buhar gücüyle çalışan makinaların başlandığı yıllarda, hızı denetleyen regülatörler döner toplu aygıtlardı. Döner toplu regülatörler, üstlerindeki kolun merkezkaç kuvvetler sonucu bir yaya karşı hareket etmesiyle, motor hızlarını ölçerlerdi. Bu yalın regülatörler, geri besleme yoluyla çalışırdı; yani sistem,denetim altındaki niceliğin ölçülmesiyle elde edilen verilerin kullanılmasıyla , sürekli olarak ayarlanırdı. İstenen hızın elde edilmesi için yay, önceden belli bir miktar gerilirdi. Böylece, makinanın sağladığı güçte önceden bilinemeyecek bir değişiklik sonucu hızda bir sapma olduğunda , gelen buhar ayarlanarak, makinanın gerekli hıza geri dönmesi sağlanmaktaydı.

Dalgalanma: 1868’de James Clerk Maxwell, hızdaki istenmeyen oynamanın matematiksel açıklamasını yaptı. Günümüzde kararsızlık ya da dalgalanma denen bu hareket, regülatör hızlarının sürekli olarak dalgalanmadığını gösteriyordu. Sonuç olarak, günümüzde bile, mekanik toplu regülatör yerine, elektrikli tako-jeneratör kullanma olanağı Maxwell’in açıklaması, klasik otomatik denetim kuramının geliştirilmesini ve bu regülatörlerin düzensiz çalışmalarının önlenmesini sağladı.
Kısa bir süre sonra, toplu regülatörün kol yayını, doğrudan hızla orantılı olarak değil, hızın karesiyle orantılı olarak hareket ettirdiği (merkezkaç kuvvetinin doğması nedeniyle) ve bu sistemin duyarlılığının istenen hızla kısa birlikte değişmesi gerektiği anlaşıldı. Sistem düşük hızlarda çok hantal, yüksek hızlardaysa dalgalı olabilmektedir. Ne var ki, demiryolu ve karayolu taşımacılığında kullanılan motorlar gibi birkaç örnek dışında, istenen hızın ya hiç değişmemesi ya da çok az değişmesi nedeniyle, bu özellik önem taşımaz. Sonuç olarak, günümüzde bile, mekanik toplu regülatör yerine, elektrikli tako-jeneratör kullanma olanağı bulunmasına karşılık birçok modern regülatörde hala merkezkaç kuvvetten yararlanılmaktadır.

Yüke duyarlılık: yalın regülatörlerin gecikme adı verilen bir kusurları daha vardır. Motora bindirilen yükün değişmesi durumunda, istenen hızda geçici yada kalıcı bir gecikme ortaya çıkar. Gecikme göstermeyen regülatöre eşzamanlı denir. Bu konun özellikle önemli olduğu alanlardan biri, elektrik üretimidir. Elektrik üretiminde gecikmeler, alternatif akım frekansını doğrudan etkiler. Bu sistemlerde kullanılan regülatörler, yüke duyarlı aygıtla, motorun hızı kadar , üstündeki yük de ölçülerek, geri beslenir. Yükün ölçülmesi, hareket ettirilen yük ile motor arasında bir bağlantı kurularak ya da makine içindeki elektrik akımı ölçülerek yapılabilir. Doğal olarak bu, daha büyük b,r karmaşıklık ve daha zor bir planlama sorunu yaratır.
Yüke duyarlı aygıtın bulunmadığı durumlarda, yükteki bir değişiklik, belirli bir süre alan bir gecikme artışı yaratır. Denetim sistemi, ancak gecikmenin ortaya çıkmasından sonra düzeltme işlemine başlaya bildiğinden, regülatörde geçici bir gecikmenin oluşması kaçınılmazdır. Yükteki değişiklikten sonraki geçiş sırasında da , hızda küçük bir hata kalabilir. Buna kalıcı gecikme denir. Kalıcı gecikme, yüke duyarlı aygıt kullanılmadan önlenebilir. Bu amaçla, hem hızdaki gecikmeye, hem e gecikmenin değişme hızına karşı tepki gösteren bir regülatör kullanılır.
Yüke duyarlı aygıt kullanıldığında regülatör, yükteki değişmeyse hemen tepki gösterebilir, yani gecikmenin ortaya çıkmasını beklemez. Dikkatli bir planlamayla, geçici gecikme önemli ölçüde azaltılabilir ve böylece kalıcı gecikme ortadan kalkar.
MERKEZCİL KUVVETTİN KULLANILDIĞI BAŞKA ÖRNEKLER:
Merkezcil kuvvet bazı debriyaj türlerinde kullanılır. Merkezcil kuvvetten bazı kimyasal bileşenlerin birbirinden ayrılmasında da yararlanılır. Uzayda gezegenler ve uzay araçları, kütle çekim kütle çekim kuvvetleri etkisiyle elips ya da daire biçimli harekete zorlanır.