木材を叩いてヤング率を見よう

マイクで打音を拾い、FFTスペクトルのピーク周波数から、曲げ振動または縦振動に基づく動的ヤング率をリアルタイム表示します。 木琴のように木材を鳴らして、音の高さと材料の硬さの関係を体験できます。

試験体入力

測定条件

木琴型では、端から約0.224Lの位置をやわらかく支持し、中央付近を叩くと曲げ1次モードが出やすくなります。
注意:材料プリセットの重さは代表密度から計算した概算値です。 正確にヤング率を出したい場合は、木材サンプルを実際に量って「重さ m」に入力してください。 曲げ振動では、高さ h は「曲がる方向の厚さ」です。平置きで上から叩く場合は、鉛直方向の厚さを入力してください。 縦振動では、長さ方向に振動させるため、試験体の端面付近を軽く叩いてください。
ピーク周波数
-Hz
動的ヤング率
-GPa
密度
-kg/m³
RMS
-
状態:停止中

計算式

曲げ振動モード \[ f_1 = \frac{\lambda^2}{2\pi L^2} \sqrt{\frac{EI}{\rho A}} \] \[ E = \left( \frac{2\pi f_1 L^2}{\lambda^2} \right)^2 \frac{\rho A}{I} \] \[ A = bh,\qquad I = \frac{bh^3}{12},\qquad \rho = \frac{m}{Lbh} \] \[ \lambda = 4.730 \quad \text{(自由--自由梁の1次曲げ,木琴型)} \] \[ \lambda = \pi \quad \text{(単純支持梁の1次曲げ)} \] 縦振動モード \[ f_1 = \frac{1}{2L} \sqrt{\frac{E}{\rho}} \] \[ E = 4\rho L^2 f_1^2 \]
ここで、\(L\) は長さ、\(b\) は幅、\(h\) は曲がる方向の厚さ、\(m\) は質量、 \(f_1\) はFFTで検出した1次ピーク周波数、 \(\lambda\) は境界条件による無次元定数です。 材料プリセットを使う場合、\(m\) は代表密度から計算した概算重量です。