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Interactive Tool — Wave Physics

弾性波伝播シミュレーター
(P波・S波)

固体中を伝わる縦波(P波)と横波(S波)の速度・波形をリアルタイム可視化。材料の弾性率・密度を変えて超音波探傷や地震波解析の基礎を体感できます。

$c_P = \sqrt{\dfrac{E(1-\nu)}{\rho(1+\nu)(1-2\nu)}}$
波形アニメーション(リアルタイム) t = 0.00 μs
P波(縦波・圧縮波) S波(横波・せん断波)
計算結果サマリー
cP [m/s]
cS [m/s]
λP [mm]
λS [mm]
Z [MRayl]

理論メモ — 弾性波速度

固体中の弾性波速度は材料の弾性定数と密度で決まります。P波(Primary wave)は粒子振動方向が波の進行方向と同じ縦波、S波(Secondary wave)は垂直な横波です。

$$c_P = \sqrt{\frac{E(1-\nu)}{\rho(1+\nu)(1-2\nu)}}, \quad c_S = \sqrt{\frac{E}{2\rho(1+\nu)}} = \sqrt{\frac{G}{\rho}}$$

両速度の比 $c_P/c_S = \sqrt{2(1-\nu)/(1-2\nu)}$ は材料に依らずポアソン比のみで決まります(鋼では約 1.73)。音響インピーダンス $Z = \rho \cdot c_P$ は超音波探傷での反射率計算に不可欠です。

波動方程式: $\partial^2 u/\partial t^2 = c^2 \partial^2 u/\partial x^2$ の解は $u(x,t) = A\sin(kx - \omega t)$($k = \omega/c$)。

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