Mekanik Kazanç İlkesi
Bütün basit makineler için geçerli olan bu ilkeyi açıklamanın en iyi yolu kaldıraç örneğidir. Kaldıraçlarda, yükün bulunduğu nokta ile destek noktası arasındaki uzaklığa yük kolu, destek noktası ile kuvvetin uygulandığı nokta arasındaki uzaklığa da kuvvet kolu denir. Birinci türden bir kaldıraç olan kol demiriyle ağır bir taşı kaldırmaya çalışırken, olabildiğince az kuvvetle taşı (yükü) yerinden oynatabilmek için kuvvetimizi destekten oldukça uzak bir noktaya uygulamamız gerekir. Başka bir deyişle, kuvvet kolu yük kolundan ne kadar büyük olursa uygulamamız gereken kuvvet de o kadar azalacaktır. Çünkü kaldıraçlarda kuvvet ile yük arasındaki bağıntıyı veren genel yasaya göre, yükü kaldırmak için uygulanacak kuvvet ile kuvvet kolunun çarpımı, yükün ağırlığı ile yük kolunun çarpımına eşittir. Demek ki, elimiz ile destek noktası arasındaki uzaklık 20 metre, destek noktası ile taş arasındaki uzaklık da 2 metre olursa, 20 metre 2 metrenin 10 katı olduğuna göre, uyguladığımız kuvvetin 10 katına eşit bir yükü kaldıraç yardımıyla yerden kaldırabiliriz. Bu durumda elde edilen kaldırma kuvveti uyglanan kuvvetin 10 katına eşittir; dolayısıyla kol demirinin sağladığı mekanik kazanç ya da kuvvet kazancı 10'dur. Güçlü bir erkek rahatça 100 kilogramlık bir kuvvet uygulayabileceği için, basit bir kol demiriyle 100x10=1.000 kilogramlık, yani 1 tonluk bir kaldırma kuvveti kazanabilir. Kısacası, mekanik kazancı yüksek bir kaldıraç seçildiğinde, oldukça az bir kuvvetle çok ağır bir yükü kaldırmak olanaklıdır. İÖ 3. yüzyılda yaşamış olan Eski Yunanlı bilgin Arşimet, "Bana bir dayanak noktası verin, Dünya'yı yerinden oynatayım" derken böyle bir kaldıraçtan söz ediyordu.
Ceviz kıracağı ikinci türden bir kaldıraçtır.
Bununla birlikte basit makinelerin hiçbiri, mekanik kazancı ne kadar yüksek olursa olsun işten kazanç sağlamaz; sonuçta makinenin yaptığı iş bizim yaptığımız işe eşittir. "İş" kuvvet ile yolun çarpımı olarak tanımlandığına göre, mekanik kazanç ilkesi gereğince, yukarıdaki kol demiri örneğinde insanın uyguladığı kuvvet ile bu kuvvetin aldığı yolun çarpımı yükün ağırlığı ile kaldırılacağı yüksekliğin çarpımına eşit olacaktır. Bu da, elle bastırılan kol demirinin her 10 cm aşağıya inişinde taşın yalnızca 1 cm yukarıya kalkacağını, yani kuvvet uygulanan noktanın yükün bulunduğu noktadan 10 kat daha hızlı hareket edeceğini gösterir.
Demek ki, kaldıraç olarak kullanılan kol demiri insanın uyguladığı kuvveti artıran, ama yükü düşük bir hızla ve ancak belirli bir yüksekliğe kaldırabilen çok basit bir makinedir. Ayrıca, bir ucundaki taşı yukarıya kaldırmak için öbür ucunu aşağıya doğru bastırmak gerektiğinden, kuvvetin yönünü tersine çevirdiğini de belirtmek gerekir.
Bütün basit makineler için geçerli olan bu ilkeyi açıklamanın en iyi yolu kaldıraç örneğidir. Kaldıraçlarda, yükün bulunduğu nokta ile destek noktası arasındaki uzaklığa yük kolu, destek noktası ile kuvvetin uygulandığı nokta arasındaki uzaklığa da kuvvet kolu denir. Birinci türden bir kaldıraç olan kol demiriyle ağır bir taşı kaldırmaya çalışırken, olabildiğince az kuvvetle taşı (yükü) yerinden oynatabilmek için kuvvetimizi destekten oldukça uzak bir noktaya uygulamamız gerekir. Başka bir deyişle, kuvvet kolu yük kolundan ne kadar büyük olursa uygulamamız gereken kuvvet de o kadar azalacaktır. Çünkü kaldıraçlarda kuvvet ile yük arasındaki bağıntıyı veren genel yasaya göre, yükü kaldırmak için uygulanacak kuvvet ile kuvvet kolunun çarpımı, yükün ağırlığı ile yük kolunun çarpımına eşittir. Demek ki, elimiz ile destek noktası arasındaki uzaklık 20 metre, destek noktası ile taş arasındaki uzaklık da 2 metre olursa, 20 metre 2 metrenin 10 katı olduğuna göre, uyguladığımız kuvvetin 10 katına eşit bir yükü kaldıraç yardımıyla yerden kaldırabiliriz. Bu durumda elde edilen kaldırma kuvveti uyglanan kuvvetin 10 katına eşittir; dolayısıyla kol demirinin sağladığı mekanik kazanç ya da kuvvet kazancı 10'dur. Güçlü bir erkek rahatça 100 kilogramlık bir kuvvet uygulayabileceği için, basit bir kol demiriyle 100x10=1.000 kilogramlık, yani 1 tonluk bir kaldırma kuvveti kazanabilir. Kısacası, mekanik kazancı yüksek bir kaldıraç seçildiğinde, oldukça az bir kuvvetle çok ağır bir yükü kaldırmak olanaklıdır. İÖ 3. yüzyılda yaşamış olan Eski Yunanlı bilgin Arşimet, "Bana bir dayanak noktası verin, Dünya'yı yerinden oynatayım" derken böyle bir kaldıraçtan söz ediyordu.
Ceviz kıracağı ikinci türden bir kaldıraçtır.
Bununla birlikte basit makinelerin hiçbiri, mekanik kazancı ne kadar yüksek olursa olsun işten kazanç sağlamaz; sonuçta makinenin yaptığı iş bizim yaptığımız işe eşittir. "İş" kuvvet ile yolun çarpımı olarak tanımlandığına göre, mekanik kazanç ilkesi gereğince, yukarıdaki kol demiri örneğinde insanın uyguladığı kuvvet ile bu kuvvetin aldığı yolun çarpımı yükün ağırlığı ile kaldırılacağı yüksekliğin çarpımına eşit olacaktır. Bu da, elle bastırılan kol demirinin her 10 cm aşağıya inişinde taşın yalnızca 1 cm yukarıya kalkacağını, yani kuvvet uygulanan noktanın yükün bulunduğu noktadan 10 kat daha hızlı hareket edeceğini gösterir.
Demek ki, kaldıraç olarak kullanılan kol demiri insanın uyguladığı kuvveti artıran, ama yükü düşük bir hızla ve ancak belirli bir yüksekliğe kaldırabilen çok basit bir makinedir. Ayrıca, bir ucundaki taşı yukarıya kaldırmak için öbür ucunu aşağıya doğru bastırmak gerektiğinden, kuvvetin yönünü tersine çevirdiğini de belirtmek gerekir.
