固體聲速計算機

固體中的聲音是一種機械擾動，透過原子或分子彈性推拉相鄰粒子而傳遞。固體通常能支援多種波型，包括縱波、橫波與表面波。本計算機估算細長桿中的縱波速度，假設其橫向變形可自由發生。在此假設下，速度等於楊氏模數除以質量密度後的平方根：c = √(E/ρ)。 楊氏模數衡量軸向勁度。模數較大表示材料在較小彈性應變下就會產生較大應力，因此擾動傳播較快。密度代表慣性，作用方向相反：勁度相同時，密度越高，波速越低。計算機接受以吉帕為單位的模數，套用公式前會轉換為帕。密度須以公斤每立方公尺輸入，即可直接得到公尺每秒的速度。 例如，典型鋼桿的 E = 200 GPa、密度為 7,850 kg/m³，估算縱波速度為 5,047.54 m/s。鋁的模數較低，但密度也低得多，因此估算桿波速度相近，為 5,091.75 m/s。這說明不能只靠密度預測聲學行為。玻璃、聚合物、木材、混凝土與複合材料，都需要採用符合實際等級、方向、溫度及含水狀況的代表值。 細長桿公式不同於無限大等向性固體的體縱波公式。在厚實物體中，橫向應變受限，蒲松比會影響結果。對應體波速度為 √(E(1−ν)/(ρ(1+ν)(1−2ν)))，橫波速度則取決於剪切模數。板材與塊體的超音波檢測，應選擇符合換能器與試件的波型和幾何條件，而非直接套用桿波結果。 本計算機適合課堂練習、超音波飛行時間初估、桿件共振研究及候選材料比較。將路徑長度除以速度可估算單程傳播時間；回波量測則應考慮完整脈衝路徑。公開材料性質為標稱值，會隨合金調質狀態、熱處理、孔隙率、晶粒方向、應力及溫度變動。若厚度或缺陷位置需要認證，應使用尺寸已知且材料相符的參考試件校正儀器。