¿Necesitamos usar el ángulo en términos de radianes en cada ecuación física? ¿Por qué?

En realidad no hay una “unidad” de ángulos, al menos no como si hubiera un medidor de distancia o segundos de tiempo. Matemáticamente, los ángulos son siempre sin unidades: un ángulo puede considerarse como la relación entre la circunferencia de un segmento circular y el radio del círculo. Radian, grado y otras pseudounidades simplemente las hacen más manejables.

Considere un semicírculo de radio [matemática] r = 2m [/ matemática]. Probablemente sepa que la circunferencia de su arco es [matemática] c = \ pi r = 2 \ pi m [/ matemática]. Ahora, los ángulos no dependen del radio del círculo, y el círculo a veces es solo una ayuda de todos modos, ¿y a quién le importan los metros? Por lo tanto, es más fácil definir el ángulo independientemente del radio como [matemáticas] \ alpha_ {0.5} = \ frac {c} {r} = \ frac {2 \ pi m} {2 m} = \ pi [/ matemáticas] . El medidor de unidades acaba de desaparecer, y el ángulo no tiene unidades.

La mayoría de las personas con experiencia en matemáticas probablemente se darán cuenta de que [matemáticas] \ pi [/ matemáticas] se relaciona con los círculos, pero no siempre es obvio. Digamos que tiene un 0.95 ° de medio círculo, que sería [matemática] \ alpha_ {0.95} \ aprox 3 [/ matemática]. Sin [math] \ alpha [/ math], muchas personas no tendrían idea de lo que significa. Por lo tanto, es habitual utilizar la pseudounidad en radianes, siendo el radián la relación entre la circunferencia y el radio. Escribir [matemáticas] \ alpha = 3 rad [/ matemáticas] deja en claro que este es un ángulo.

El radián es lo que las funciones suelen tratar. Es intuitivo y, lo más importante, no es ambiguo . Un ángulo forma un círculo, los segmentos forman una razón. En realidad no pones ninguna unidad, y si escribes [math] rad [/ math] esa es solo una forma elegante de decir “veces [math] 1 [/ math]”.

Ahora, hay todo tipo de grados y cosas, ¿cuáles son esos? Estas pseudounidades simplemente ponen el radianes en relación con otra referencia para que sea más fácil de manejar. Hicimos esto implícitamente antes: leer “medio círculo” es mucho más fácil de entender que [math] \ pi [/ math]. Entonces introduce la pseudo-unidad [matemática] círculo = [/ matemática] [matemática] 2 \ pi [/ matemática], al igual que [matemática] rad = [/ matemática] [matemática] 1 [/ matemática]. Si lo conecta a una función, [matemática] 1 [/ matemática] [matemática] círculo [/ matemática] es lo mismo que [matemática] 2 \ pi rad [/ matemática] es lo mismo que [matemática] 2 \ pi [ /matemáticas]. Entonces crees que estás usando alguna unidad mágica especial, pero en realidad sigue siendo la misma proporción de la circunferencia.

Sin embargo, un círculo completo es complicado de dividir: ¿cuál es el ángulo en un triángulo? Eso es [matemática] 0.1 \ overline {6} círculo [/ matemática]. Ahora tome un cuarto de eso, y un quinto de eso. Uf, las fracciones son desordenadas. Entonces, en cambio, quieres un sistema que dé buenos números. Ingrese el grado, que en realidad es solo [matemáticas] °: = \ pi / 180 [/ matemáticas]. Un círculo completo es [matemáticas] 2 \ pi = 360 ° [/ matemáticas], que es un buen número entero. El semicírculo es [matemática] 180 ° [/ matemática], sigue siendo agradable, un cuarto a [matemática] 90 ° [/ matemática] también, e incluso un tercio funciona bien a [matemática] 60 ° [/ matemática], y una cuarta parte de eso todavía le da una buena [matemática] 15 ° [/ matemática], y una quinta parte de eso es igualmente agradable [matemática] 3 ° [/ matemática]. Sin embargo, esto solo funciona porque [math] ° [/ math] es secretamente un número con muchos dígitos. Entonces, cuando está escribiendo [math] sin (90 °) [/ math], esa es una forma elegante de escribir [math] sin (90 \ cdot0.017453292…) [/ math] – o simple [math] sin ( \ pi / 2) [/ matemáticas].

¿Necesitar? Ciertamente no. Es más un deseo que una necesidad.

Los radianes son las unidades de ángulo “naturales”. Es decir, con radianes se mide un ángulo midiendo la longitud de un arco a lo largo del círculo unitario. [matemática] 2 \ pi [/ matemática] radianes te dice que en este ángulo, el arco (es decir, el círculo completo) es [matemática] 2 \ pi [/ matemática] multiplicado por el radio.

Cualquier otra unidad requeriría factores de conversión en muchas ecuaciones, haciendo que las ecuaciones sean más complicadas.

Por ejemplo, tome la derivada de [math] \ sin (x) [/ math]. Es [matemáticas] \ cos (x) [/ matemáticas], ¿verdad? Bueno … solo si [math] x [/ math] se mide en radianes. Si [math] x [/ math] se mide en grados, entonces [math] \ sin (x ^ \ circ) ‘= 180 \ cos (x ^ \ circ) / \ pi [/ math]. Mucho más difícil de recordar y mucho más para escribir. Claro, podemos hacer esto, pero ¿cuál sería el punto?

Las unidades como los grados son una construcción humana / cultural. No hay nada natural en dividir el círculo en 360 partes; es solo que a los babilonios les encantaban los números divisibles por 6, 12 o 60.

En radianes, [math] \ sin (x) = x- \ frac {x ^ 3} {3!} + \ Ldots [/ math]

En grados, [matemática] \ sin (x ^ \ circ) = \ frac {\ pi} {180 ^ \ circ} x ^ \ circ- \ left (\ frac {\ pi} {180 ^ \ circ} \ right) ^ 3 \ frac {{x ^ \ circ} ^ 3} {3!} + \ Ldots [/ math]

Claramente, la segunda fórmula es mucho más fea, así que usamos la primera. (Esencialmente, usamos números irracionales para que otros desaparezcan).

Respuesta corta – SI (sistema de unidades)

Respuesta más larga: la medida de “grado” no está (que yo sepa) relacionada con ninguna unidad SI. Radian, por otro lado, está directamente relacionado con la longitud. Puede pensar en la medida en radianes del ángulo como la “longitud del arco escalado al radio del círculo”, lo que crea una relación matemática simple y recta sin ningún valor arbitrario.

Sin embargo, estoy seguro de que otros podrían explicarlo mejor.

No tiene que escribir ecuaciones físicas como esa, podría usar cualquier medida angular, pero cuando lo hace, tiende a terminar con una ecuación llena de constantes como pi / 2 o algo así.

Eso no es cierto para todas las ecuaciones, algunas de ellas son más simples si mides ángulos como una fracción de una rotación completa.

Pero a lo largo de los años, hemos llegado a elegir radianes como nuestra unidad de ángulo de facto.

El grado fue inventado por los babilonios como parte de un sistema de numeración de base 60 que es conveniente para la astrología. Es aproximadamente el ángulo que la esfera celestial cambia entre la medianoche y la medianoche.

El radián es la unidad de ángulo ‘natural’, donde la longitud del arco es la misma que el radio del círculo. Es útil matemáticamente porque si ø se mide en radianes, la derivada (gradiente) de sin (ø ) es – cos (ø) y la derivada de cos (ø) es sin (ø) . Si ø está en grados, la derivada de sin (ø) es – π cos (ø) / 180 .

Entonces, cuando un cuerpo se mueve en un círculo, su aceleración hacia adentro es r * w ^ 2 donde w (velocidad angular) se mide en radianes por segundo. Su velocidad v = rw. Mide en grados por segundo y de nuevo obtén un horrible multiplicador 180 / π.

Contra eso, en radianes un ángulo recto es π / 2 , que es bastante menos conveniente que 90 .

Debido a que las matemáticas del cálculo, la derivada y la integral, son mucho más simples cuando se usan radianes en lugar de grados.

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