這個計算機能做什麼
一根管材(空心圓柱或管件)是由外半徑 \(r_1\)、內半徑 \(r_2\)(須滿足 \(r_1 > r_2 > 0\))以及高度 \(h\) 所定義。實心的材料部分,就是壁厚 \(t = r_1 - r_2\) 的圓環(環形截面)沿著高度方向延伸而成的部分。這個工具可以從多種輸入組合,算出管材的每一項幾何性質:包括內外兩個半徑、內外兩個圓周,或是「一個半徑/圓周搭配壁厚」,再加上高度或已知的實心體積。
使用方式
先從下拉選單選擇計算模式,表單就會顯示你需要填入的三個欄位。所有數值請使用同一個長度單位輸入(本計算機不會進行單位換算,所選單位僅會標示在結果上)。你可以自行設定圓周率 pi 的精度,並將所有結果四捨五入到指定的有效位數。按下計算後,即可看到內外半徑、內外圓周、壁厚、高度、內外側表面積、環形端面總面積、內外圓柱體積,以及實心管壁體積。
公式解析
從圓周可求得半徑:\(r = C / (2\pi)\)。若已知壁厚,內半徑為 \(r_2 = r_1 - t\)。主要計算結果如下:\(C_1 = 2\pi r_1\)、\(C_2 = 2\pi r_2\)、\(L_1 = 2\pi r_1 h\)(外側側面積)、\(L_2 = 2\pi r_2 h\)(內側側面積)、\(A = 2\pi (r_1^2 - r_2^2)\)(兩端環形面積總和)、\(V_1 = \pi r_1^2 h\)(外圓柱體積)、\(V_2 = \pi r_2^2 h\)(中空部分)、實心管壁體積
$$V = \pi h (r_1^2 - r_2^2) = V_1 - V_2$$當高度未知但已知實心體積 \(V\) 時,可反推高度:
$$h = \frac{V}{\pi (r_1^2 - r_2^2)}$$
範例試算
當 \(r_1 = 5\)、\(r_2 = 3\)、\(h = 10\),且 \(\pi = 3.14159265359\) 時:\(t = 2\)、\(C_1 = 31.4159\)、\(C_2 = 18.8496\)、\(L_1 = 314.159\)、\(L_2 = 188.496\)、\(A = 100.531\)、\(V_1 = 785.398\)、\(V_2 = 282.743\),實心管壁體積 \(V = 502.655\)。可以驗證 \(V_1 - V_2 = 502.655\),與實心體積公式一致。
常見問題
會自動換算單位嗎?不會。請以同一個單位輸入所有數值;單位選項只是用來標示結果(長度為該單位、面積為平方、體積為立方)。
為什麼可以自行設定 pi?選擇更高精度的圓周率或更多的有效位數,能讓結果精準符合教科書或工程上的容許誤差。
如果出現無效結果怎麼辦?外側尺寸必須大於內側尺寸(\(r_1 > r_2\)、\(C_1 > C_2\),或 \(t < r_1\)),且所有數值都必須為正數,否則管壁厚度會變成零或負值。