각도의 단위만 바꾸면 같은 원운동의 속력도 바뀔까

각도의 단위만 바꾸면 같은 원운동의 속력도 바뀔까

가까이 본 둥근 시계 문자판과 두 바늘

사진: Ermell · CC BY-SA 4.0 · 원본 출처

θ(t)=90t 도,P(t)=(2cos⁡(πt/2), 2sin⁡(πt/2))(0≤t≤4).\theta(t)=90t\text{ 도},\qquad P(t)=\bigl(2\cos(\pi t/2),\ 2\sin(\pi t/2)\bigr)\quad(0\le t\le4).

좌표 단위는m, 시간은초다. 같은 운동을 각도90t도 대신 라디안으로 나타냈다. 각도 식의 계수가90에서π/2로 바뀌었으므로 물체가 느려졌다는 설명이 맞을까?

두 식은 같은 각도를 다른 단위로 적은 것이다. 좌표를 미분하면 속도는(−π sin(πt/2), π cos(πt/2))이고 속력은πm/s다. 반지름2m에 초당 회전 각π/2라디안을 곱한 값과도 같다.

도 단위의 각도90t를 좌표 식에 그대로 넣고 cos(90t)를 라디안 함수로 미분하면 다른 운동을 만든다. 그때의 속력180은 단위 변환을 생략한 결과이지 같은 운동의 더 빠른 표현이 아니다.

4초 후에는 한 바퀴를 완료한다. 움직인 거리4πm는 반지름2m인 원의 둘레와 일치한다. 각도 단위 변환, 좌표 미분, 전체 이동 거리의 세 계산이 같은 운동을 나타내는지 확인한다.

답안에는 각도 계수만 비교하지 않고 단위를 함께 적는다. 90도/초와π/2라디안/초는 같은 회전이며, 단위를 없앤90과π/2라는 숫자만으로 크기를 비교할 수 없다.

출처·착안: Lin McMullin, 「Why Radians?」. 문항과 풀이는 새로 작성했다.