เรเดียน

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี
มุมปกติทั่วไปบางมุม วัดในหน่วยเรเดียน

เรเดียน (อังกฤษ: radian) คือหน่วยวัดมุมชนิดหนึ่งบนระนาบสองมิติ ใช้สัญลักษณ์ "rad" หรืออักษร c ตัวเล็กที่ยกสูงขึ้น (มาจาก circular measure) ซึ่งพบได้ยาก ตัวอย่างเช่น มุมขนาด 1.2 เรเดียน สามารถเขียนได้เป็น "1.2 rad" หรือ "1.2c "

เรเดียนเคยเป็น หน่วยประกอบ ของหน่วยเอสไอ แต่ถูกยกเลิกใน พ.ศ. 2538 และปัจจุบันนี้เรเดียนได้ถูกพิจารณาให้เป็น หน่วยอนุพันธ์ ในหน่วยเอสไอ สำหรับการวัดมุมในวัตถุทรงตัน ดูที่สเตอเรเดียน

ทุกวันนี้เรเดียนเป็นหน่วยพื้นฐานของการวัดมุมในวิชาคณิตศาสตร์ และสัญลักษณ์ "rad" มักจะถูกละไว้ในการเขียนนิพจน์ทางคณิตศาสตร์ต่างๆ เมื่อใช้หน่วยองศาจะใช้สัญลักษณ์วงกลมเล็ก ° เพื่อให้เห็นความแตกต่างระหว่างองศากับเรเดียน

นิยาม[แก้]

มุมขนาด 1 เรเดียน

หนึ่งเรเดียน คือ ขนาดของมุมที่วัดจากจุดศูนย์กลางของวงกลม ที่กางออกตามส่วนโค้งของวงกลม ซึ่งส่วนโค้งนั้นมีความยาวเท่ากับรัศมีของวงกลมพอดี

ประวัติ[แก้]

คำว่า radian ปรากฏครั้งแรกในงานพิมพ์เมื่อ 5 มิถุนายน พ.ศ. 2416 ในข้อสอบของวิทยาลัยควีนส์คอลเลจ เมืองเบลแฟสท์ ไอร์แลนด์เหนือ สหราชอาณาจักร โดยเจมส์ ทอมสัน (พี่ชายของลอร์ด เคลวิน) เขายังเคยใช้คำนี้ใน พ.ศ. 2414 ซึ่งก่อนหน้านี้ 2 ปีในขณะที่เซอร์ โทมัส มัวร์ แห่งมหาวิทยาลัยเซนต์แอนดรูว์ ลังเลที่จะใช้คำว่า rad, radial หรือ radian แทนนิยามดังกล่าว และเมื่อทอมสันใช้คำว่า radian เซอร์ มัวร์จึงรับรองการตัดสินใจของเขา

อย่างไรก็ตาม แนวความคิดของการวัดมุมในหน่วยเรเดียน เพื่อให้แตกต่างจากการวัดมุมเป็นองศา ริเริ่มมาจากความคิดของโรเจอร์ โคทส์ ใน พ.ศ. 2257 เขามีทุกอย่างที่เกี่ยวกับแนวความคิดนี้ยกเว้นเพียง "ชื่อ" และเขายอมรับว่าการวัดมุมนี้เป็นหน่วยธรรมชาติอีกด้วย

การอธิบาย[แก้]

เรเดียนมีประโยชน์ในการแยกแยะระหว่างปริมาณของความแตกต่างในธรรมชาติ แต่ยังอยู่ในมิติเดียวกัน ตัวอย่างเช่น ความเร็วเชิงมุมสามารถวัดได้ในหน่วยเรเดียนต่อวินาที (rad/s) เป็นการใช้หน่วยเรเดียนเพื่อเน้นว่า ความเร็วเชิงมุมมีค่าเท่ากับ 2π คูณด้วยความถี่ของการหมุน

ในทางปฏิบัติ สัญลักษณ์ "rad" จะถูกใช้ในที่ที่เหมาะสม แต่โดยทั่วไปแล้วหน่วยเรเดียนมักจะถูกละเลยไปเมื่อเขียนรวมกับจำนวนอื่นๆ

ในวงกลมหนึ่งหน่วย จะมีมุมรอบจุดศูนย์กลางเท่ากับ 2π เรเดียน ดังนั้น

2\pi\mbox{ rad} = 360^\circ
1 \mbox{ rad} = \frac {360^\circ} {2 \pi} = \frac {180^\circ} {\pi} \approx 57.29577951^\circ

หรือ

360^\circ=2\pi\mbox{ rad}
1^\circ=\frac{2\pi}{360}\mbox{ rad}=\frac{\pi}{180}\mbox{ rad} \approx 0.01745329\mbox{ rad}

โดยทั่วไป เราสามารถบอกได้ว่า

x \mbox{ rad} = x \frac {180^\circ} {\pi}

ตัวอย่างเช่น เมื่อเราต้องการแปลงค่า -1.570796 เรเดียนไปเป็นหน่วยองศา สามารถทำได้ดังนี้

-1.570796 \mbox{ rad} = -1.570796 \cdot \frac {180^\circ} {\pi} \approx -90^\circ

ในวิชาแคลคูลัส มุมต่างๆ จะต้องใช้เป็นหน่วยเรเดียนในฟังก์ชันตรีโกณมิติ เพื่อให้สามารถสร้างเอกลักษณ์ แสดงผลลัพธ์อย่างง่าย และเป็นธรรมชาติให้มากที่สุดเท่าที่เป็นไปได้ ตัวอย่างการใช้เรเดียนปรากฏในเอกลักษณ์ต่อไปนี้

\lim_{h\rightarrow 0}\frac{\sin h}{h}=1

ซึ่งเป็นพื้นฐานของเอกลักษณ์อื่นๆ ในทางคณิตศาสตร์ รวมทั้งเอกลักษณ์นี้ด้วย

\frac{d}{dx} \sin x = \cos x

การวิเคราะห์เชิงมิติ[แก้]

ถึงแม้ว่าเรเดียนจะเป็นหน่วยในการวัดอันหนึ่ง แต่สิ่งใดก็ตามที่วัดเป็นเรเดียนจะไร้มิติ โดยความไร้มิติสามารถเห็นได้จาก อัตราส่วนระหว่างความยาวของส่วนโค้งกับความยาวรัศมี ที่ทำมุมกันแล้วใส่หน่วยเป็นเรเดียน ซึ่งผลหารของอัตราส่วนดังกล่าวนั้นไร้มิติ (ไม่มีหน่วย)

เราสามารถเห็นความไร้มิติของเรเดียนได้อีกทางหนึ่งโดยพิจารณาจากอนุกรมเทย์เลอร์ สำหรับฟังก์ชันตรีโกณมิติ ไซน์ ของตัวแปร x

\sin x = x - \frac{x^3}{3!} + \cdots

หากตัวแปร x นั้นมีหน่วย (มีมิติ) ผลรวมของอนุกรมนี้จะไร้ความหมาย เนื่องจากพจน์ x ที่มีหน่วยเป็น "เรเดียนกำลังหนึ่ง" จะไม่สามารถบวกกับพจน์ x^3/3! ที่มีหน่วยเป็น "เรเดียนกำลังสาม" ได้ รวมทั้งพจน์ถัดๆ ไปของอนุกรมด้วย เมื่อเป็นเช่นนี้แล้ว x จะต้องไร้มิติเพื่อให้ผลรวมของอนุกรมมีความหมาย

พหุคูณเอสไอ[แก้]

คำอุปสรรคของหน่วยเอสไอมีการใช้อย่างจำกัดในหน่วยเรเดียน หน่วยมิลลิเรเดียน (0.001 rad หรือ 1 mrad) หรือเรียกสั้นๆ ว่า มิล (angular mil) ถูกใช้ในวิชาอาวุธปืนและการเล็งระยะเป้าหมาย เนื่องจากในระยะ 1000 เมตร มุมที่เปลี่ยนไปเพียง 1 มิลลิเรเดียน จะทำให้เป้าหมายคลาดเคลื่อนไปถึง 1 เมตร (ในมุมที่เล็กเช่นนั้น ความโค้งของส่วนโค้งของวงกลมไม่มีนัยสำคัญ) ความแตกต่างของลำแสงเลเซอร์ก็สามารถวัดได้ในหน่วยมิลลิเรเดียน สำหรับหน่วยที่เล็กกว่านี้เช่น ไมโครเรเดียน (µrad) และนาโนเรเดียน (nrad) จะถูกใช้ในทางดาราศาสตร์ และยังสามารถใช้วัดคุณภาพของลำแสงเลเซอร์ที่แตกต่างกันน้อยมาก ในทำนองเดียวกัน คำอุปสรรคที่เล็กกว่า มิลลิ- มีประโยชน์ในการวัดค่ามุมที่เล็กอย่างยิ่งยวดได้อย่างมีศักยภาพ อย่างไรก็ตาม คำอุปสรรคที่ใหญ่กว่านี้ไม่ปรากฏว่ามีประโยชน์เท่าใดนัก โดยสาเหตุหลักเนื่องจากค่ามุมที่เกิน 2π เรเดียน จะกลับไปเริ่มต้นวัดมุมในวงกลมวงเดิมอีกรอบหนึ่ง

ดูเพิ่ม[แก้]