Calculadora de velocidad del sonido en sólidos

El sonido en un sólido es una perturbación mecánica que se propaga cuando los átomos o moléculas empujan y tiran elásticamente de sus vecinos. Un sólido suele admitir varios modos de onda, como ondas longitudinales, transversales y superficiales. Esta calculadora estima la velocidad longitudinal en una barra esbelta, donde la deformación lateral puede producirse libremente. Bajo esa hipótesis, la velocidad es la raíz cuadrada del módulo de Young dividido entre la densidad de masa: c = √(E/ρ). El módulo de Young mide la rigidez axial. Un módulo elevado indica que el material desarrolla una tensión considerable con una pequeña deformación elástica, por lo que la perturbación se propaga con rapidez. La densidad representa la inercia y actúa en sentido contrario: a igual rigidez, un material más denso tiene menor velocidad de onda. La calculadora acepta el módulo en gigapascales y lo convierte a pascales antes de aplicar la ecuación. La densidad debe introducirse en kilogramos por metro cúbico para obtener directamente la velocidad en metros por segundo. Por ejemplo, una barra de acero nominal con E = 200 GPa y densidad de 7,850 kg/m³ tiene una velocidad longitudinal estimada de 5,047.54 m/s. El aluminio combina un módulo menor con una densidad mucho menor, de modo que su velocidad estimada es similar: 5,091.75 m/s. Esto muestra por qué la densidad por sí sola no predice el comportamiento acústico. Vidrio, polímeros, madera, hormigón y compuestos necesitan valores representativos del grado, dirección, temperatura y humedad específicos. La fórmula de barra esbelta no es la ecuación de onda longitudinal de volumen para un sólido isótropo ilimitado. En un cuerpo grueso, la deformación lateral está restringida y el coeficiente de Poisson afecta al resultado. La velocidad de volumen correspondiente es √(E(1−ν)/(ρ(1+ν)(1−2ν))), mientras que la velocidad transversal depende del módulo de corte. La inspección ultrasónica de placas y bloques debe usar el modo y la geometría adecuados al transductor y a la muestra, sin aplicar automáticamente el resultado de barra. Esta calculadora sirve para ejercicios, estimaciones iniciales de tiempo de vuelo ultrasónico, estudios de barras resonantes y comparación de materiales. Divide la longitud del recorrido entre la velocidad para estimar el tiempo de ida; en mediciones por eco, considera la trayectoria completa del pulso. Las propiedades publicadas son nominales y pueden variar con el estado de la aleación, tratamiento térmico, porosidad, orientación del grano, tensión y temperatura. Si debes certificar un espesor o la posición de un defecto, calibra el instrumento con una muestra de referencia de dimensiones conocidas y material equivalente.