Bir mühendis, yaz aylarında genleşmeden dolayı bozulmalar yaşanan demiryolu raylarını incelemektedir. Rayların genleşmesini en aza indirmek için aşağıdaki malzemelerden hangisini kullanmak en uygun olur?
A) Bakır
B) Alüminyum
C) Çelik
D) Pirinç
Merhaba sevgili öğrenciler!
Bu soruda, demiryolu raylarının yaz aylarında genleşmeden dolayı bozulmasını önlemek için en uygun malzemeyi bulmamız isteniyor. Haydi bu problemi adım adım çözelim:
- Adım 1: Problemi Anlayalım
- Yaz aylarında sıcaklık arttığında, demiryolu rayları gibi metal yapılar genleşir, yani boyutları uzar. Bu uzama, raylarda bükülmelere, deformasyonlara ve hatta kazalara yol açabilir. Mühendis, bu genleşmeyi en aza indirecek bir malzeme arıyor.
- Adım 2: Ana Kavramı Hatırlayalım: Termal Genleşme
- Maddelerin sıcaklık değişimiyle boyutlarının değişmesine "termal genleşme" denir. Her maddenin belirli bir "termal genleşme katsayısı" vardır. Bu katsayı, bir maddenin sıcaklık değişimi başına ne kadar genleşeceğini gösterir.
- Amacımız genleşmeyi en aza indirmek olduğuna göre, termal genleşme katsayısı en küçük olan malzemeyi seçmeliyiz. Çünkü genleşme katsayısı ne kadar düşükse, sıcaklık arttığında madde o kadar az uzar.
- Adım 3: Seçeneklerdeki Malzemelerin Genleşme Katsayılarını Karşılaştıralım
- Farklı metallerin genleşme katsayıları birbirinden farklıdır. Genel olarak bilinen yaklaşık değerleri karşılaştıralım:
- A) Bakır: Genleşme katsayısı nispeten yüksektir (yaklaşık $17 \times 10^{-6}$ /°C).
- B) Alüminyum: Genleşme katsayısı oldukça yüksektir, hatta seçenekler arasında en yükseklerden biridir (yaklaşık $23 \times 10^{-6}$ /°C).
- C) Çelik: Genleşme katsayısı diğer metallere göre daha düşüktür (yaklaşık $11-13 \times 10^{-6}$ /°C). Demiryolu raylarında kullanılan özel çelik türleri, bu düşük genleşme özelliği nedeniyle tercih edilir.
- D) Pirinç: Bakır ve çinko alaşımıdır. Genleşme katsayısı bakıra yakın, çelikten daha yüksektir (yaklaşık $19 \times 10^{-6}$ /°C).
- Adım 4: En Uygun Malzemeyi Belirleyelim
- Yukarıdaki karşılaştırmaya göre, seçenekler arasında termal genleşme katsayısı en düşük olan malzeme çeliktir.
- Çelik, sıcaklık değişimlerinden en az etkilenen ve dolayısıyla en az genleşen malzeme olduğu için, demiryolu raylarında genleşmeden kaynaklanan bozulmaları en aza indirmek için en uygun seçenektir. Bu yüzden zaten demiryolu rayları genellikle çelikten yapılır.
Cevap C seçeneğidir.
