Birimler mühendisliğin alfabesidir. Birimleri tam olarak anlamamış yerine oturtamamış olanlar mühendislik yapamazlar. Birimleri anlamamış mühendis olurmu diye sorulabilir. Ancak birimleri hazmetmeden mühendis olmuş kişiler, sayısı fazla olmasada ne yazık ki ülkemizde bulunmaktadır.

Dünyada esas olarak iki birim sistemi vardır. Bunlar;

1. SI birim sistemi (System International)

Bizim de kullandığımız ve dünyada en yaygın olarak kullanılan, yakın gelecekte ise diğer birim sistemlerinin yerine geçmesi kaçınılmaz olan sistem bu sistemdir. SI birim sistemi sadece yedi temel birim üzerine kurulmuştur. Bunlar;

• Uzunluk birimi Metre  (m)
• Kütle birimi Kilogram  (Kg)
• Zaman birimi Saniye  (sn)
• Akım birimi  Amper     (A)
• Sıcaklık birimi Kelvin   (K)
• Işık yoğunluğu birimi Kandil (cd)
• Madde miktar birimi Mole (mol)

Belirtilen bu temel birimlerin ilk üçünden (Metre-Kilogram-Saniye) ötürü bu sisteme MKS sistemi de denir. SI birim sistemindeki tüm diğer birimler bu yedi temel birimden üretilmiştir.

2. BG birim sistemi (British Gravitational)

Imperial sistem olarak da bilinen bu birim sistemi bugün sadece İngiltere ve Amerika menşeli teknik kitaplarda kullanılmakta ve kaynak olarak bu kitapları kullanan bazı profesörlerimiz ise kitaplarında hala bu sistemi kullanmaya inatla devam etmektedirler. BG birim sistemi bugün Türkiyede daha çok boru ve boru diş ölçüleri için kullanılmaktadır.

BG birim sisteminde de kullanılan temel ölçülerin ilk üçü Kütle, Uzunluk ve Zamandır. Ancak bu ölçülerden ilk ikisinin birimleri farklıdır. Bunlar;

• Kütle birimi Pound (Lb)
• Uzunluk birimi Feet (ft)
• Zaman birimi Saniye (Sn)

Biz bu bölümde SI birim sistemi üzerinden türetilen diğer ana birimleri nasıl elde ettiğimizi göreceğiz.

KUVVET
Mühendislikte birinci kavram KUVVET tir. Çünkü tüm mekanik ve hidrolik sistemler kuvveti aktarmak veya dönüştürmek için dizayn edilirler. Kuvvet kavramı Newtonun ikinci kanunu ile tanımlanmıştır. Bu kanun mekaniğin en temel kanunu olduğu için burada zikredilmesi gerekir.

Newton un ikinci kanunu: Bir kütle üzerine etki eden kuvvet, söz konusu kütle ile o kütlenin sahip olduğu ivmenin çarpımına eşittir.

Yani kısaca              F=m*a   dır. 

Bu formülde             m= Kütle (Kg), a= ivme(m/sn²), F=Kuvvet (Kg-m/sn²)

Burada Kuvvet birimi olarak (Kg-m/sn²) yerine bu kavramı tanımlayan Newton un adına izafeten kısaca Newton (N) denilmiştir.  

Böylece kuvvet birimi olarak F=Kuvvet (N) kullanılmaktadır.

Bu birimle alakalı çok sık yapılan yanlışlık 1 Kg lık kütlenin yaratmış olduğu kuvvetin 1 N olduğu şeklindeki yanlış algıdır. Bu yanlış algıyı kaldırmak için kuvvetin formülünü kullanalım.

Soru:  1 Kg kütle masanın üzerine ne kadar kuvvet uygular.

Cevap:

Kütle : m=1 Kg.

İvme:   a= 9.8 m/sn²  (Dünyada olduğumuz için kütle yer çekimi ivmesinin etkisindedir. Ayda olsaydık bu kütlenin yarattığı kuvvet çok daha az olurdu.)

F= 1(Kg)* 9.8 (m/sn²)=  9.8 (Kg-m/sn²)

F= 9.8 N

Bazı okullarda kuvvet birimi olarak hala “Kilogram Kuvvet” (Kg_f ) kullanan hocalar bulunmaktadır, bu da zihinleri fazlası ile karıştırmaktadır. Yukarıdaki problemi (Kg_f )  cinsinden bulmak isteseydik sonuç F=1(Kg_f ) olurdu. Ancak bu birim bence sadece pazardan domates alınırken kullanılmalıdır.

Kilogram kuvvete karşılık gelen KiloPond (kp) ise Alman teknik literatüründe geçer ve bu nedenle bu birimi daha çok Alman ekolünden gelen teknik adamlar kullanır

Kuvvet bahsini kapatmadan önce belirtilmesi gereken diğer önemli husus kuvvetin vektörel bir değer olduğudur.  Yani kuvvetin büyüklüğü yanı sıra birde yönü vardır.  Bunun anlamı, bir cisim ancak ivmelendiği yönde bir kuvvet uygulayabilir. Bir Kg lık bir cisim üstünde bulunduğu masaya 9.8 Newtonluk kuvvet uygular ama masa üzerinde kendisine bitişik duran başka bir cisme kütlesi ne kadar büyük olursa olsun kuvvet uygulayamaz. Yanında bitişik cisme kuvvet uygulayabilmesi için o cisime doğru ivmelenmesi gerekmektedir. (Aslında yanyana bile dursalar kütleler birbirini kütlelerinin büyüklüğü ile doğru, aralarındaki uzaklığın karesi ile ters orantılı olarak çekerler. Ancak bu çekim gücü dünyanın çekim gücüne oranla çok küçük kaldığından ihmal edilebilir seviyededir. Bu konu fiziğin alanına girdiğinden burada ele alınmayacaktır.)

İŞ
Lise yıllarından beri bildiğimiz gibi işin tanımı Kuvvet X Yol dur. Yani ne kadar büyük bir yükün altına girmiş olursanız olun hiç yol almıyorsanız hiçbir iş yapmıyorsunuz demektir. İş tanımını birimleri ile yazarsak

W = F (N) * L (m)= F*L (N-m)

Bu formülde F= Kuvvet (N), L= Yol (m), W= İş(N-m).

Yapılan işin ısı ürettiğini veya tersine ısı nın iş üretebildiğini keşfeden İngiliz bilim adamı Joule nin anısına bu birim için (N-m) yerine (Joule) denilmiştir.

Böylece  iş birimi olarak W= İş(J)  kullanılmaktadır.

GÜÇ
Gücün tanımı kısaca; birim zamanda üretilen iş demektir.
Formüle edersek  GÜÇ= İŞ/ ZAMAN dır.  Yani belli bir işi ne kadar kısa zamanda yapıyorsanız o kadar fazla güçlüsünüz demektir. Bu formülde birimleri yerine koyalım.

P= W (J) / T (sn) = W/T (J/sn) olur

Bu formülde W= İş(J), T= Zaman(sn), P= Güç(J/sn)

Eğer gücü kuvvet cinsinden formüle edecek olursak

Güç= Kuvvet*Hız

P=F(N)*V(m/sn)

P=F*V(N-m/sn)=>  yine  P=F*V(J/sn) olur

Daha önceki tanımlarda olduğu gibi bu tanımda da buhar makinasının mucidi olan James Watt adına izafeten güç birimi olarak (J/sn) yerine (Watt) denilmiştir.

Böylece güç birimi olarak  P= Güç(W)  kullanılmaktadır.

ENERJİ
Belli bir zaman süresince güç kullanabilme kapasitesine Enerji denir. Bu tanımı formüle edersek ENERJİ=GÜÇ*ZAMAN  dır. Yani ne kadar uzun süre gücünüzü kullanabiliyorsanız enerjiniz o kadar fazla demektir.

Enerjinin tanımında genellikle güç olarak 1000 Watt yani 1 Kilowatt, Zaman olarak ise 3600 sn yani 1 saat kullanılır. Evlerde kullandığımız elektrik enerjisi miktarı KW-Saat cinsinden hesaplanırken bir ülkede kullanılan büyük enerji miktarları söz konusu olduğunda Enerji biriminde güç olarak MegaWatt veya GigaWatt kullanılır. Birimleri formülde yerine koyarsak

E= Ῥ(Kw)* Ƭ (saat)= Ῥ* Ƭ (Kw-Saat)

Bu formülde Ῥ= Kilowatt biriminde güç (KW), Ƭ= Saat biriminden zaman (Saat)

İşi zamana bölerek gücü elde etmiştik, elde edilen gücü ise tekrar zaman ile çarparak enerjiyi elde ettik. Yani  birim olarak enerji ve iş birbirlerine özdeştir. Burada dikkatinizi çekmek istediğim husus ne kadar enerji harcarsanız o kadar iş yapmış olursunuz (elbette 100% verimle çalışırsanız !)

Isı hesaplarında ise enerji birimi olarak daha çok kalori kullanılır. Kalori anlaşılması en kolay enerji birimi olup 1 gram suyun sıcaklığını 1 ºC arttırmak için harcanması gereken enerji miktarı olararak tarif edilir.

BASINÇ
Basınç belli bir kuvvetin belli bir alana homojen olarak yayılması ile ortaya çıkan etkidir.
BASINÇ= KUVVET/ALAN şeklinde formüle edilir. Bu formülü birimler ile yazarsak.

BASINÇ  p=F(N) / A(m²)= F / A  (N/m²)

Bu formülde   F= Kuvvet (N), A= Alan (m²), p= Basınç (N / m² )

Bu tanımın birimine de hidrolik kaldırma prensiplerini açıklayan Pascal ın anısına basınç birimi olarak N/m² yerine Pascal (Pa) denilmiştir.

Böylece Pascal(pa) SI birim sisteminde temel basınç birimi olmasına karşın pratikte atmosfer basıncının ancak 100,000 de 1 i olmasından ötürü gazlar ve sıvılar için basınç birimi olarak 100,000 pascal= 1 bar olarak kullanılmaktadır. (bar köken olarak eski yunancada ağırlık demek olan baros dan kısaltılmıştır).

Basınç birimi için özellikle pompalar söz konusu olduğunda "basma yüksekliği" (head) Metre kullanılmaktadır. Bir uzunluk ölçüsünün basınç birimi olarak kullanılması tuhaf görünebilir. Ancak burada metreden kasıt o kadar yükseklikte su sütununun tabanda yarattığı basınçtır. Örneğin : 10 metre su sütunu (mSS) yaklaşık 1 bar basınca denk gelir.

Böylece  p=Basınç(N/m²)= 1(Pa)=1X10^-5 bar

SICAKLIK
Mutlak sıfır derecesi, yani evrende mevcut tüm hareketlerin atomik seviyede bile durduğu sıcaklığın suyun donma sıcaklığından 273.15 derece daha düşük olduğunu keşfeden bilim adamı Lord Kelvin adına izafeten sıcaklık birimi olarak Kelvin (K) kabul edilmiştir. Ancak sıcaklık derecesi olarak suyun donma sıcaklığı ile kaynama sıcaklığı arasındaki farkın 100 de biri referans olarak alındığından ve bu tanımı Kelvinden önce yapmış olan Celcius un adına izafeten sıcaklık birimi olarak pratikte (⁰C) kullanılmaktadır.

Not: Kelvin sıcaklık biriminde derece sembolü (⁰) kullanılmaz

Birim aralık olarak (K) = (⁰C) dir. Ancak başlama noktaları farklı olduğundan herhangi bir sıcaklığı  Celcius dan Kelvin'e çevirmek gerektiğinde 273.15 ilave etmek gerkmektedir.
Örnek: 6.85(⁰C)=280(K)

ÖZET OLARAK TEMEL BİRİMLER
Yukarıda tanımlarını verdiğimiz temel birimler kullanılarak aşağıdaki çevrimler elde edilir.

1Kg_f= 9.81 N

1 kp= 1Kg_f   (kp=kilopond)

1 kp=9.81 N

1 Joule = 1 N-m = 1W-Sn

1 Kw-Saat= 3.6*10⁶  Joule

1 Kcal=1.16X10^-3 Kw-saat = 3.97 BTU

 1(bar)= 100(Kpa)= 1.019(Kg_f /cm²)= 0.986 Atmosfer basıncı (atm)=10.2 Metre su sütunu (mSS)

Elbette SI birim sisteminde çok daha fazla birim bulunmaktadır. Ancak bu birimlerin hemen hepsi bu temel birimler kullanılarak elde edilmişlerdir. 

ÖNEMLİ BİRİM ÇEVRİMLERİ
Dünyada kullanımı yavaş yavaş ortadan kalkıyor olsa bile BG birimler ile  sık sık karşılaşmaktayız. Aşağıda birkaç önemli birim çevrimlerini vermek yararlı olacaktır.

1 KW= 1.341 HP

1Kg_f = 2.2046 Lb_f

1Kg_f /cm²= 14.22 psi

1bar =  14.5 psi

1 bar = 10.2 metre su sütunu (mSS)

1 Metre= 3,28 feet

1 Dönüm= 1 Dekar= 1,000 m²

1 feet= 12 inch (parmak)= 12"

1 inch=25.4 mm

⁰C = 0.555*( ⁰F-32)

2ΠRadyan=360⁰= 400 Grad

İhtiyacınız olabilecek tüm birim çevrimleri için  www.onlineconversion.com sitesini kullanabilirsiniz.