透過 MCP 連接 →

輸入計算

數學公式

廣告

結果

剪力波速度
3,333.33
公尺/秒(m/s)
速度(km/s) 3.3333

什麼是剪力波速度?

剪力波速度(Vs)是橫波,也就是次級波(S 波),在固體材料中傳播的速度。與壓縮波(P 波)不同,剪力波會使質點沿著垂直於波行進方向的方向位移,且無法穿透流體。Vs 是地震學、大地工程與材料科學中的基本參數,常用來描述土壤勁度、岩石性質,以及金屬與複合材料的彈性行為。

橫向剪切波在介質中傳播、質點垂直運動的示意圖
剪切波(S波)使介質沿垂直於其傳播方向發生形變。

如何使用這個計算器

請輸入材料的剪力模數 \(G\)(單位為帕斯卡 Pa)以及質量密度 \(\rho\)(單位為每立方公尺公斤 kg/m³)。計算器會回傳以公尺/秒為單位的剪力波速度,並附上方便對照的公里/秒換算值。請確保所有數值都使用一致的 SI 單位,這樣結果才會是正確的 m/s。

公式說明

核心公式為 $$V_s = \sqrt{\dfrac{\text{Shear Modulus }G\text{ (Pa)}}{\text{Density }\rho\text{ (kg/m}^3\text{)}}}$$ 剪力(剛性)模數 \(G\) 代表材料在剪應力作用下抵抗形狀變化的能力,而 \(\rho\) 則是其密度。材料愈堅硬(\(G\) 愈大),傳遞剪力波的速度就愈快;材料愈緻密(\(\rho\) 愈大),波速則愈慢。由於是平方根關係,速度會隨著「勁度對密度比值」的平方根而變化。

包含剪切模量與密度的剪切波速度公式視覺化解析
Vs 隨剪切模量 G 增大而增大,隨密度 rho 增大而減小。

實例計算

以鋁為例,\(G \approx 26\) GPa(即 26,000,000,000 Pa),\(\rho \approx 2700\) kg/m³。代入後 $$V_s = \sqrt{\frac{26{,}000{,}000{,}000}{2700}} = \sqrt{9{,}629{,}629.6} \approx 3103 \text{ m/s}$$ 約等於 3.1 km/s,與教科書中鋁的剪力波速度相當接近。

常見問題

我應該使用哪些單位?\(G\) 請使用帕斯卡(Pa),\(\rho\) 請使用 kg/m³,這樣求得的速度才會是 m/s。1 GPa = 1,000,000,000 Pa。

為什麼 Vs 總是小於 Vp?壓縮波同時取決於體積模數與剪力模數,因此在同一介質中傳播得比剪力波更快。

剪力波能在液體中傳播嗎?不能。流體的剪力模數為零(\(G = 0\)),因此 \(V_s = 0\);流體無法支撐剪力波。

最後更新: