中空円筒とは?
中空円筒とは、管(チューブ)やパイプ、円筒シェルとも呼ばれる形状で、同じ高さを持つ2つの同心円筒に挟まれた立体です。外側の半径 R、内側の半径 r(中空部・ボア)、そして高さ h の3つの寸法で表されます。本ツールは、この形状の壁(肉厚部分)を構成する材料の体積を求めるもので、これは外側の円筒の体積から内側の空洞の体積を差し引いた値と一致します。
このツールの使い方
外半径・内半径・高さを、同じ長さの単位(たとえばすべてセンチメートル)でそろえて入力してください。計算結果として、中空部分の体積に加え、外側の円筒全体の体積、内側のボアの体積、そして肉厚(壁の厚さ)が、対応する体積単位(立方単位)で表示されます。なお、内半径は必ず外半径より小さくしてください。両者が等しい場合、体積はゼロになります。
計算式の解説
円筒全体の体積は π・半径²・高さ で求められます。中空円筒の場合は、外側の円筒から内側の円筒を差し引きます。
$$V = \pi \cdot h \cdot R^{2} - \pi \cdot h \cdot r^{2} = \pi \cdot h \cdot \left( R^{2} - r^{2} \right)$$
\((R^{2} - r^{2})\) の部分はリング(円環=アニュラス)の断面積を表しており、これに高さを掛けることで、リングを高さ方向に押し出した立体(3次元のシェル)の体積になります。
計算例
たとえば、外半径5cm、内半径3cm、高さ10cmのパイプを考えてみましょう。このとき、
$$V = \pi \times 10 \times \left( 5^{2} - 3^{2} \right) = \pi \times 10 \times (25 - 9) = \pi \times 10 \times 16 = 160\pi \approx 502.65 \ \text{cm}^{3}$$ となります。
よくある質問
どんな単位が使えますか? 3つの入力値すべてで同じ長さの単位を使えば、どの単位でも問題ありません。結果はその単位の3乗(立方単位)で表示されます。
半径の代わりに直径を入力できますか? いいえ。まず各直径を2で割って半径に直してから、半径の値を入力してください。
R と r が等しい場合はどうなりますか? 壁の厚さがゼロになるため、体積もゼロです。実際の中空円筒として成立させるには、内半径が外半径より小さい必要があります。