Velocità del suono nei solidi

La velocità delle onde sonore longitudinali in una barra solida è una grandezza di scienza dei materiali e di meccanica delle onde, non la formula di temperatura dell'aria secca. Questo calcolatore accetta il modulo di Young E in pascal e la densità di massa ρ in chilogrammi al metro cubo e restituisce la velocità di barra v pari alla radice quadrata di E fratto ρ, in metri al secondo. Quel modello unidimensionale di barra è quello usato nei laboratori di ultrasuoni, negli script di controlli non distruttivi e nei compiti introduttivi di meccanica del continuo quando il provino è una barra sottile e l'inerzia laterale legata al coefficiente di Poisson può essere trascurata.

Cosa significa la velocità del suono longitudinale in una barra solida

In una barra solida sottile, un'onda sonora longitudinale è una perturbazione di compressione e rarefazione che viaggia lungo l'asse. Quando la barra è snella rispetto alla lunghezza d'onda e l'inerzia laterale può essere trascurata, la seconda legge di Newton e la legge di Hooke si riducono all'equazione d'onda unidimensionale la cui velocità caratteristica è la velocità di barra v uguale alla radice quadrata del modulo di Young E diviso per la densità di massa ρ.

Il modulo di Young è la rigidezza assiale: il rapporto tra tensione uniasiale e deformazione di ingegneria nel campo elastico lineare, espresso in pascal. La densità è la massa per unità di volume in chilogrammi al metro cubo. Insieme fissano quanto in fretta una perturbazione elastica può correre lungo la barra: un materiale più rigido, con E maggiore, alza la forza di richiamo per una data deformazione, quindi l'impulso viaggia più in fretta; un materiale più pesante, con ρ maggiore, aumenta l'inerzia e rallenta l'impulso.

I controlli tipici in classe recuperano ordini di grandezza noti. Gli acciai vicini a duecento gigapascal e ottomila chilogrammi al metro cubo danno circa cinque chilometri al secondo. Molte leghe di alluminio vicine a settanta gigapascal e duemilasettecento chilogrammi al metro cubo restano anch'esse vicino a cinque chilometri al secondo, perché E e ρ scendono insieme.

Questa pagina copre solo quella formula di barra. Non è la velocità del suono in aria secca dalla temperatura, né una velocità d'onda P tridimensionale che usa i moduli di compressibilità e di taglio, né una velocità trasversale di corda dalla tensione su densità lineare. Quelle ricerche hanno intenzioni e ingressi diversi.

Quando la densità è zero, il quoziente E fratto ρ è indefinito; quando è negativa, il radicando non è una velocità fisica. Il calcolatore respinge quei casi invece di restituire Infinity o NaN.

Consigli pratici, unità e ricerche correlate

Mantenga il modulo di Young e la densità entro l'intervallo assoluto pubblicato, così che quoziente e radice quadrata non sfocino in risultati non finiti che il solutore deve respingere. Usi unità SI coerenti: pascal e chilogrammi al metro cubo danno metri al secondo. Se una scheda tecnica elenca E in gigapascal, moltiplichi per un miliardo prima della chiamata; se la densità è in grammi al centimetro cubo, moltiplichi per mille.

Questa pagina si rivolge a chi cerca un calcolatore della velocità del suono nei solidi, la velocità di barra dal modulo di Young e dalla densità, o la velocità d'onda longitudinale in una sbarra. Non è un calcolatore d'aria secca, né uno strumento di onda P a modulo di compressibilità, né un aiuto per la velocità su corda tesa.

Preferisca questa capacità quando dispone già di E e ρ nelle ipotesi di barra sottile; se la fonte è un problema a parole, estragga quei due numeri e converta prima le unità. Le verifiche di andata e ritorno sono facili: ricalcoli E diviso per ρ a mano, ne estragga la radice quadrata e confermi che coincide con lo speed pubblicato con lo stesso arrotondamento a dodici decimali.