Radian

Định nghĩa

Radian là góc phẳng giữa hai bán kính của một đường tròn cắt trên một vòng tròn một cung có chiều dài bằng bán kính. Tổng quát hơn, độ lớn tính bằng radian tương đương tỉ số giữa chiều dài cung tròn và bán kính đường tròn. Công thức tính là θ = s /r, trong đó "θ" là góc chắn cung (tính bằng radian), "s" là chiều dài cung còn "r" là bán kính. Ngược lại, chiều dài cung bị chắn bằng bán kính đường tròn nhân với độ lớn của góc chắn cung tính bằng radian; công thức là s = rθ. Do là tỉ số giữa hai chiều dài nên radian là giá trị không thứ nguyên, tức không cần ký hiệu đơn vị đi kèm, do đó trong toán học gần như người ta không viết ký hiệu "rad". Trong trường hợp không có ký hiệu đơn vị đi kèm thì cần hiểu giá trị đo góc đó tính bằng radian, trong khi nếu giá trị đó đo bằng độ thì cần có ký hiệu °.
Độ lớn tính bằng radian của một vòng hoàn chỉnh (360 độ) là bằng chiều dài chu vi chia cho bán kính, tức là bằng 2πr /r hay 2π.

Lịch sử

Có nguồn xem Roger Cotes là người đưa ra khái niệm radian vào năm 1714. Tuy nhiên, ý tưởng đo góc bằng chiều dài cung đã có từ trước đó. Ghiyath al-Kashi (khoảng 1400) dùng "phần đường kính" làm đơn vị đo góc, trong đó 1 "phần đường kính" tương đương 1/60 radian; ông cũng dùng các đơn vị nhỏ hơn bằng cách lấy các phần đường kính chia cho 60.
Thuật ngữ "radian" lần đầu tiên xuất hiện trên bản in vào ngày 5 tháng 6 năm 1873 bởi James Thomson (anh của William Thomson) ở Trường Đại học Queen's, Belfast. Ông dùng từ này ngay từ năm 1871, trong khi vào năm 1869 thì Thomas Muir ở Đại học St. Andrews đã do dự giữa các từ "rad", "radial" và "radian". Năm 1874, Muir chấp nhận dùng từ "radian" sau khi tham vấn với James Thomson.

Chuyển đổi giữa radian và độ

Một radian tương đương 180/π độ. Do đó khi muốn đổi từ radian sang độ thì lấy giá trị tính bằng radian nhân với 180/π. Ngược lại, để đổi từ độ sang radian thì lấy giá trị tính bằng độ nhân với π/180.

Phân tích thứ nguyên

Mặc dù radian là đơn vị đo lường nhưng nó là giá trị không thứ nguyên. Có thể thấy điều này từ định nghĩa đã nêu: giá trị radian của góc ở tâm chắn cung tròn bằng với tỉ số giữa chiều dài cung bị chắn và bán kính. Do đơn vị đo đã bị khử trong kết quả nên tỉ số này là giá trị không thứ nguyên.
Mặc dù hệ tọa độ cực và hệ tọa độ cầu dùng radian để mô tả tọa độ trong không gian hai chiều và ba chiều nhưng radian là dẫn xuất từ tọa độ bán kính, do vậy số đo góc bằng radian vẫn là không thứ nguyên.

Dùng trong vật lý học

Radian được sử dụng rộng rãi trong vật lý học khi cần đo góc. Ví dụ, vận tốc góc nhìn chung được đo bằng radian trên giây (rad/s). Một vòng quay trong một giây thì tương đương 2π rad/s.
Tương tự, gia tốc góc cũng thường được đo bằng radian trên giây trên giây (rad/s²).
Nhằm mục đích phân tích thứ nguyên thì đơn vị tương ứng s⁻¹ và s⁻².
Pha của hai sóng cũng đo bằng radian. Ví dụ, nếu độ lệch pha giữa hai sóng là (k·2π) radian (trong đó k là số nguyên) thì chúng được xem là cùng pha, trong khi nếu độ lệch pha là (k·2π + π) radian (trong đó k là số nguyên) thì chúng được xem là ngược pha.

Bội số

Các tiền tố SI được dùng hạn chế với đơn vị rad; trong toán học người ta không dùng các bội số này.
Trong một đường tròn có 2π × 1000 milliradian (≈ 6283,185 mrad). Vì vậy 1 milliradian lượng giác xấp xỉ ¹⁄₆₂₈₃ đường tròn. Các nhà sản xuất thiết bị ngắm bắn sử dụng đơn vị này.
NATO và một số tổ chức quân sự sử dụng con số xấp xỉ với một milliradian lượng giác (0,001 rad) gọi là mil góc. 1 mil góc tương đương ¹⁄₆₄₀₀ đường tròn và nhỏ hơn 1-⅞% so với 1 milliradian. Do sự tiện lợi do con số 6400 mang lại khi cần tính toán các góc nhỏ trong việc ngắm súng mà người ta chấp nhận bỏ qua sai số toán học nhỏ này. Trong quá khứ, các hệ thống pháo binh còn dùng các giá trị xấp xỉ với giá trị ¹⁄2000π, ví dụ Thụy Điển dùng ¹⁄₆₃₀₀ còn Liên Xô dùng ¹⁄₆₀₀₀.
Trong thiên văn học, người ta có dùng các bội số nhỏ hơn như microradian (μrad) và nanoradian (nrad). Độ phân kỳ của chùm tia laser cũng đo bằng mrad hoặc bội số nhỏ hơn như μrad và nrad.