360 é uma escolha, não uma lei
Por que uma volta completa tem 360 graus? Nada no círculo diz isso. É uma convenção da antiga Babilônia, provavelmente porque 360 é perto do número de dias de um ano e se divide exatamente por 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9, 10 e 12. Prático para repartir coisas, mas arbitrário.
Os físicos preferem uma unidade que venha do próprio círculo. E o círculo já tem uma régua natural: o seu raio.
O radiano: um raio de arco
Pegue um barbante do tamanho do raio e coloque-o ao longo da borda do círculo. O ângulo que ele abre, visto do centro, é um radianoO ângulo que recorta um arco de exatamente um raio de comprimento. Uma volta completa tem 2π ≈ 6,28 radianos, então 1 radiano ≈ 57,3°.. O ângulo em radianos simplesmente conta quantos raios de arco ele recorta:
Um círculo de raio r com um ângulo aberto a partir do lado direito. O arco que ele recorta aparece em pedaços, cada um com exatamente um raio de comprimento e numerado. O número de raios ao longo do arco é o ângulo em radianos. Os controles mudam o ângulo em graus e o raio.
Medindo um ângulo em raios
InterativoA matemática, com os seus números
Mude o raio: o arco cresce, mas o ângulo em radianos (a contagem de raios) continua o mesmo.
Experimente
- →Quantos graus tem exatamente 1 radiano? Ache com o controle.
- →Abra o círculo inteiro (360°). Quantos raios cabem em volta?
- →Ponha 180°. Por que a leitura é π, cerca de 3,14?
Quantos cabem na volta inteira? O comprimento da circunferência é , então exatamente raios. Isso dá a conversão sobre a qual todo o resto se apoia:
| 0° | 30° | 45° | 60° | 90° | 180° | 360° |
Por que a física insiste nos radianos
Como o radiano é definido pelo raio, o comprimento de um arco vira uma única multiplicação, sem fatores de conversão:
Leia em voz alta: “comprimento do arco é igual a raio vezes ângulo (em radianos).”
Comprimento do arco· medido em m
A distância ao longo da borda curva.
Raio· medido em m
A distância do centro até a borda.
Ângulo· medido em radianos
Tem de estar em radianos: esta fórmula é a definição do radiano.
Divida os dois lados pelo tempo e ela vira a regra de tudo que gira: a velocidade ao longo do círculo é o raio vezes a velocidade angularO quão rápido algo gira, em radianos por segundo. Escrita ω (ômega). (radianos por segundo). Essa é a fórmula por trás de Movimento Circular:
Exemplo resolvido: a ponta da pá de um ventilador
Passo 1 de 3- 1A cada segundo, a pá gira 20 radianos.
Um bônus: ângulos pequenos
Para ângulos pequenos o arco e a altura reta têm quase o mesmo comprimento, então , mas só com θ em radianos. Experimente: .
Faça uma previsão primeiro
Onde a física usa sen θ ≈ θ?
Pense um pouco e clique para ver a resposta.
Faça uma previsão primeiro
Onde a física usa sen θ ≈ θ?
Pense um pouco e clique para ver a resposta.
No pêndulo. A equação exata dele contém , que é difícil de resolver. Para balanços pequenos, trocá-lo por transforma o pêndulo num oscilador perfeito, e é por isso que o período dele não depende de quão aberto ele balança, desde que o balanço seja pequeno. Veja Molas e Oscilações.
Resumo
Ideias-chave para lembrar
- Um radiano é o ângulo que recorta um raio de arco. Uma volta completa tem radianos.
- rad. Multiplique por para passar de graus a radianos.
- Com radianos, o comprimento do arco é só , e a velocidade no círculo é .
- Para ângulos pequenos em radianos, .
Teste o que aprendeu
Fontes e leituras
Tudo nesta aula está de acordo com estas referências (em inglês). Todas são gratuitas.