断面積とは?
断面積とは、物体をその長さ方向に対して垂直に切ったときに現れる、二次元の切り口の面積のことです。工学、流体の流れ、構造設計、物理など幅広い分野で欠かせない値で、たとえば応力(力÷面積)の算出、流量の計算、パイプ壁に使われる材料量の見積もりなどに用いられます。この計算ツールでは、よく使われる3種類の断面――中実の円、長方形、中空のパイプ(円環)――に対応しています。
使い方
まず形状を選び、その形状に対応する寸法を入力します。円の場合は半径を入力します。長方形の場合は幅と高さを入力します。パイプの場合は外半径と内半径を入力します。結果は面積(平方単位)で表示されます。入力した長さの単位(mm、cm、m、inなど)に応じて、その単位の2乗で面積が求められます。
計算式の解説
円の面積は \(A = \pi r^{2}\) で、r は半径です。長方形は単純に \(A = \text{幅} \times \text{高さ}\) です。パイプの断面はリング状(円環)になります。外側の円板全体の面積から、中空部分にあたる内側の円板の面積を引くことで、\(A = \pi(\text{外半径}^{2} - \text{内半径}^{2})\) となります。物理的に意味のあるパイプとするには、内半径が外半径より小さくなければなりません。
計算例
外半径が6、内半径が4のパイプを考えます。このとき $$A = \pi(6^{2} - 4^{2}) = \pi(36 - 16) = \pi \times 20 \approx 62.83 \text{ 平方単位}$$ となります。これはパイプ壁の金属部分の面積であり、重量や材料量の見積もりに役立ちます。
よくある質問
どんな単位を使えますか? 統一されていればどの長さの単位でも構いません。答えはその単位の2乗で表されます。
直径から面積を求められますか? 直径を2で割って半径を求めてから入力してください。
パイプではなぜ引き算をするのですか? パイプは中空なので、断面は材料のリング部分だけになり、空洞の内側部分は含まれないためです。