Segundo - Second
| segundo | |
|---|---|
 Um escape governado por pêndulo de um relógio, tiquetaqueando a cada segundo
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| Informação geral | |
| Sistema de unidades | Unidade de base SI |
| Unidade de | Tempo |
| Símbolo | s |
O segundo (símbolo: s , abreviatura: sec ) é a unidade de tempo base no Sistema Internacional de Unidades (SI) ( francês : Système International d'unités ), comumente compreendido e historicamente definido como 1 ⁄ 86400 de um dia - este fator derivado da divisão do dia primeiro em 24 horas , depois em 60 minutos e finalmente em 60 segundos cada. Relógios analógicos e relógios muitas vezes têm marcas de escala sessenta em seus rostos, representando segundos (e minutos), e uma "segunda mão" para marcar a passagem do tempo em segundos. Relógios e relógios digitais geralmente têm um contador de segundos de dois dígitos. O segundo também faz parte de várias outras unidades de medida, como metros por segundo para velocidade , metros por segundo por segundo para aceleração e ciclos por segundo para frequência .
Embora a definição histórica da unidade tenha sido baseada nesta divisão do ciclo de rotação da Terra, a definição formal no Sistema Internacional de Unidades ( SI ) é um cronômetro muito mais estável:
O segundo é definido como sendo igual ao tempo de duração de 9192631770 períodos da radiação correspondente à transição entre os dois níveis hiperfinas do imperturbável fundamentais do estado fundamental do césio-133 átomo.
Como a rotação da Terra varia e também está diminuindo levemente, um segundo bissexto é adicionado em intervalos irregulares ao relógio para manter os relógios em sincronia com a rotação da Terra.
Geralmente, múltiplos de segundos são contados em horas e minutos. As frações de segundo são geralmente contadas em décimos ou centésimos. No trabalho científico, pequenas frações de segundo são contadas em milissegundos (milésimos), microssegundos (milionésimos), nanossegundos (bilionésimos) e, às vezes, unidades menores de um segundo. Uma experiência cotidiana com pequenas frações de segundo é um microprocessador de 1 gigahertz que tem um tempo de ciclo de 1 nanossegundo. As velocidades do obturador da câmera geralmente são expressas em frações de segundo, como 1 ⁄ 30 segundos ou 1 ⁄ 1000 segundos.
Divisões sexagesimais do dia de um calendário baseado em observação astronômica existem desde o terceiro milênio aC, embora não fossem segundos como os conhecemos hoje. Pequenas divisões de tempo não podiam ser medidas naquela época, então tais divisões eram derivadas matematicamente. Os primeiros cronometristas que podiam contar os segundos com precisão foram os relógios de pêndulo inventados no século XVII. A partir da década de 1950, os relógios atômicos tornaram-se melhores cronometristas do que a rotação da Terra e continuam a definir o padrão hoje.
Relógios e hora solar
Um relógio mecânico, que não depende da medição da posição rotacional relativa da Terra, mantém o tempo uniforme denominado tempo médio , dentro de qualquer precisão intrínseca a ele. Isso significa que cada segundo, minuto e todas as outras divisões de tempo contadas pelo relógio terão a mesma duração que qualquer outra divisão de tempo idêntica. Mas um relógio de sol que mede a posição relativa do sol no céu, chamada de tempo aparente , não mantém o tempo uniforme. O tempo registrado por um relógio de sol varia de acordo com a época do ano, o que significa que segundos, minutos e todas as outras divisões de tempo têm durações diferentes em diferentes épocas do ano. A hora do dia medida com o tempo médio versus o tempo aparente pode diferir em até 15 minutos, mas um único dia será diferente do outro apenas por uma pequena quantidade; 15 minutos é uma diferença cumulativa ao longo de uma parte do ano. O efeito se deve principalmente à obliquidade do eixo da Terra em relação à sua órbita ao redor do sol.
A diferença entre o tempo solar aparente e o tempo médio era reconhecida pelos astrônomos desde a antiguidade, mas antes da invenção de relógios mecânicos precisos em meados do século 17, os relógios de sol eram os únicos relógios confiáveis, e o tempo solar aparente era o único padrão geralmente aceito.
Eventos e unidades de tempo em segundos
As frações de um segundo são geralmente indicadas em notação decimal, por exemplo 2,01 segundos ou dois centésimos de segundo. Os múltiplos de segundos são geralmente expressos como minutos e segundos, ou horas, minutos e segundos do relógio, separados por dois pontos, como 11:23:24 ou 45:23 (a última notação pode dar origem a ambiguidade, porque o mesmo notação é usada para denotar horas e minutos). Raramente faz sentido expressar períodos de tempo mais longos, como horas ou dias, em segundos, porque são números estranhamente grandes. Para a unidade métrica de segundo, existem prefixos decimais que representam 10 −24 a 10 24 segundos.
Algumas unidades comuns de tempo em segundos são: um minuto é 60 segundos; uma hora equivale a 3.600 segundos; um dia equivale a 86.400 segundos; uma semana equivale a 604.800 segundos; um ano (exceto anos bissextos ) é 31.536.000 segundos; e um século ( gregoriano ) com médias de 3.155.695.200 segundos; com todos os itens acima, excluindo quaisquer segundos bissextos possíveis .
Alguns eventos comuns em segundos são: uma pedra cai cerca de 4,9 metros do repouso em um segundo; um pêndulo de comprimento de cerca de um metro tem oscilação de um segundo, então os relógios de pêndulo têm pêndulos de cerca de um metro de comprimento; os velocistas humanos mais rápidos correm 10 metros por segundo; uma onda do oceano em águas profundas viaja cerca de 23 metros em um segundo; o som viaja cerca de 343 metros por segundo no ar; luz leva 1,3 segundos para chegar à Terra a partir da superfície da Lua, uma distância de 384.400 quilômetros.
Outras unidades incorporando segundos
Um segundo faz parte de outras unidades, como frequência medida em hertz (segundos inversos ou segundo -1 ), velocidade (metros por segundo) e aceleração (metros por segundo ao quadrado). A unidade do sistema métrico becquerel, uma medida de decaimento radioativo, é medida em segundos inversos. O metro é definido em termos da velocidade da luz e da segunda; as definições das unidades básicas métricas quilograma, ampere, kelvin e candela também dependem do segundo. A única unidade básica cuja definição não depende da segunda é a toupeira. Das 22 unidades derivadas nomeadas do SI, apenas duas (radiano e esteradiano) não dependem da segunda. Muitas unidades derivadas para coisas cotidianas são relatadas em termos de unidades maiores de tempo, não segundos, como o tempo do relógio em horas e minutos, a velocidade de um carro em quilômetros por hora ou milhas por hora, quilowatt-hora de uso de eletricidade e velocidade de uma plataforma giratória em rotações por minuto.
Padrões de cronometragem
Um conjunto de relógios atômicos em todo o mundo marca o tempo por consenso: os relógios "votam" na hora certa, e todos os relógios de votação são direcionados para concordar com o consenso, que é chamado de Tempo Atômico Internacional (TAI). O TAI "marca" os segundos atômicos.
O tempo civil é definido de acordo com a rotação da Terra. O padrão internacional para cronometragem é o Tempo Universal Coordenado (UTC). Esta escala de tempo "marca" os mesmos segundos atômicos que o TAI, mas insere ou omite os segundos bissextos conforme necessário para corrigir as variações na taxa de rotação da Terra.
Uma escala de tempo em que os segundos não são exatamente iguais aos segundos atômicos é UT1, uma forma de tempo universal . UT1 é definido pela rotação da Terra em relação ao sol e não contém nenhum segundo bissexto. UT1 sempre difere do UTC em menos de um segundo.
Relógio de rede ótica
Embora ainda não façam parte de nenhum padrão de cronometragem, os relógios de rede óptica com frequências no espectro de luz visível agora existem e são os cronometristas mais precisos de todos. Um relógio de estrôncio com frequência 430 THz , na faixa vermelha da luz visível, agora detém o recorde de precisão: ganhará ou perderá menos de um segundo em 15 bilhões de anos, que é mais do que a idade estimada do universo. Esse relógio pode medir uma mudança em sua elevação de apenas 2 cm pela mudança em sua taxa devido à dilatação do tempo gravitacional .
História da definição
Sempre houve apenas três definições do segundo: como uma fração do dia, como uma fração de um ano extrapolado e como a frequência de micro-ondas de um relógio atômico de césio , e eles perceberam uma divisão sexagesimal do dia do antigo astronômico calendários.
Divisões sexagesimais de tempo e dia do calendário
Civilizações no período clássico e anteriores criaram divisões do calendário, bem como arcos usando um sistema sexagesimal de contagem, então naquela época o segundo era uma subdivisão sexagesimal do dia (antigo segundo = dia/60 × 60), não da hora como o segundo moderno (= hora/60 × 60) Os relógios de sol e os relógios de água estavam entre os primeiros dispositivos de cronometragem, e as unidades de tempo eram medidas em graus de arco. Unidades conceituais de tempo menores do que o realizável em relógios de sol também foram usadas.
Há referências a 'segundo' como parte de um mês lunar nos escritos de filósofos naturais da Idade Média, que eram subdivisões matemáticas que não podiam ser medidas mecanicamente.
Fração do dia solar
Os primeiros relógios mecânicos que apareceram a partir do século 14 tinham mostradores que dividiam a hora em metades, terços, quartos e às vezes até 12 partes, mas nunca em 60. Na verdade, a hora não era comumente dividida em 60 minutos, pois não era uniforme em duração. Não era prático para os cronometristas considerarem os minutos até que os primeiros relógios mecânicos que exibiam minutos aparecessem perto do final do século XVI. Os relógios mecânicos mantinham o tempo médio , ao contrário do tempo aparente exibido pelos relógios de sol . Naquela época, as divisões sexagesimais do tempo estavam bem estabelecidas na Europa.
Os primeiros relógios a exibir segundos apareceram durante a última metade do século XVI. O segundo tornou-se mensurável com precisão com o desenvolvimento de relógios mecânicos. O mais antigo relógio movido a mola com um ponteiro de segundos que marcava os segundos é um relógio sem sinal que representa Orfeu na coleção Fremersdorf, datado entre 1560 e 1570. Durante o terceiro quarto do século 16, Taqi al-Din construiu um relógio com marcas a cada 1 /5 minutos. Em 1579, Jost Bürgi construiu um relógio para Guilherme de Hesse que marcava segundos. Em 1581, Tycho Brahe redesenhou relógios que exibiam apenas minutos em seu observatório, de modo que também exibiam os segundos, embora esses segundos não fossem precisos. Em 1587, Tycho reclamou que seus quatro relógios divergiam por mais ou menos quatro segundos.
Em 1656, o cientista holandês Christiaan Huygens inventou o primeiro relógio de pêndulo. Ele tinha um comprimento de pêndulo de pouco menos de um metro, o que lhe dava um balanço de um segundo, e um escape que batia a cada segundo. Foi o primeiro relógio que conseguiu marcar a hora em segundos com precisão. Na década de 1730, 80 anos depois, os cronômetros marítimos de John Harrison podiam manter o tempo com precisão de um segundo em 100 dias.
Em 1832, Gauss propôs usar o segundo como unidade básica de tempo em seu sistema de unidades milímetro-miligrama-segundo . A Associação Britânica para o Avanço da Ciência (BAAS) em 1862 declarou que "Todos os homens da ciência concordaram em usar o segundo do tempo solar médio como unidade de tempo." BAAS propôs formalmente o sistema CGS em 1874, embora este sistema tenha sido substituído gradualmente ao longo dos próximos 70 anos por unidades MKS . Os sistemas CGS e MKS usaram o mesmo segundo como unidade de tempo base. O MKS foi adotado internacionalmente durante a década de 1940, definindo o segundo como 1 ⁄ 86.400 de um dia solar médio.
Fração de um ano efeméride
Em algum momento no final da década de 1940, os relógios osciladores de cristal de quartzo com uma frequência operacional de ~ 100 kHz avançaram para manter o tempo com uma precisão melhor do que 1 parte em 10 8 durante um período operacional de um dia. Tornou-se aparente que um consenso de tais relógios mantinha a hora melhor do que a rotação da Terra. Os metrologistas também sabiam que a órbita da Terra em torno do Sol (um ano) era muito mais estável do que a rotação da Terra. Isso levou a propostas já em 1950 para definir o segundo como uma fração de um ano.
O movimento da Terra foi descrito nas Tabelas do Sol de Newcomb (1895), que forneceu uma fórmula para estimar o movimento do Sol em relação à época de 1900 com base em observações astronômicas feitas entre 1750 e 1892. Isso resultou na adoção de uma escala de tempo de efemérides expresso em unidades do ano sideral naquela época pelo IAU em 1952. Esta escala de tempo extrapolada traz as posições observadas dos corpos celestes de acordo com as teorias dinâmicas newtonianas de seu movimento. Em 1955, o ano tropical , considerado mais fundamental que o ano sideral, foi escolhido pelo IAU como unidade de tempo. O ano tropical na definição não foi medido, mas calculado a partir de uma fórmula que descreve um ano tropical médio que diminuiu linearmente ao longo do tempo.
Em 1956, o segundo foi redefinido em termos de um ano relativo àquela época . A segunda foi assim definida como "a fração 1 ⁄ 31.556.925.9747 do ano tropical para janeiro de 1900 às 12 horas de tempo efeméride". Essa definição foi adotada como parte do Sistema Internacional de Unidades em 1960.
Segundo "atômico"
Mas mesmo os melhores relógios mecânicos, elétricos motorizados e baseados em cristal de quartzo desenvolvem discrepâncias em relação às condições ambientais. Muito melhor para a marcação do tempo é a "vibração" natural e exata em um átomo energizado. A frequência de vibração (ou seja, radiação) é muito específica, dependendo do tipo de átomo e de como ele é excitado. Desde 1967, o segundo foi definido como exatamente "a duração de 9.192.631.770 períodos de radiação correspondente à transição entre os dois níveis hiperfinos do estado fundamental do átomo de césio-133 " (a uma temperatura de 0 K ). Este comprimento de um segundo foi selecionado para corresponder exatamente ao comprimento do segundo da efeméride previamente definido. Os relógios atômicos usam essa frequência para medir segundos, contando ciclos por segundo nessa frequência. A radiação desse tipo é um dos fenômenos mais estáveis e reproduzíveis da natureza. A atual geração de relógios atômicos tem precisão de um segundo em algumas centenas de milhões de anos.
Os relógios atômicos agora definem a duração de um segundo e o padrão de tempo para o mundo.
Múltiplos SI
Os prefixos SI são comumente usados para tempos menores que um segundo, mas raramente para múltiplos de um segundo. Em vez disso, certas unidades não-SI são permitidas para uso em SI : minutos , horas , dias e anos julianos em astronomia .
| Submúltiplos | Múltiplos | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Valor | Símbolo SI | Nome | Valor | Símbolo SI | Nome | Legível por humanos | |
| 10 −1 s | ds | decisegundo | 10 1 s | das | decassegundo | 10 segundos | |
| 10 −2 s | cs | centissegundo | 10 2 s | hs | hectosegundo | 1 minuto 40 segundos | |
| 10 −3 s | em | milissegundo | 10 3 s | ks | quilosegundo | 16 minutos e 40 segundos | |
| 10 -6 s | µs | microssegundo | 10 6 s | Em | megassegundo | 11,6 dias | |
| 10 −9 s | ns | nanossegundo | 10 9 s | Gs | gigasecond | 31,7 anos | |
| 10 -12 s | ps | picossegundo | 10 12 s | Ts | terassegundo | 31.700 anos | |
| 10 -15 s | fs | femtossegundo | 10 15 s | Ps | petasegundo | 31,7 milhões de anos | |
| 10 −18 s | Como | attosegundo | 10 18 s | Es | exassegundo | 31,7 bilhões de anos | |
| 10 −21 s | zs | zeptosegundo | 10 21 s | Zs | zettasegundo | 31,7 trilhões de anos | |
| 10 −24 s | sim | yoctossegundo | 10 24 s | Sim | yottasegundo | 31,7 quatrilhões de anos | |
Veja também
Notas
Referências
links externos
- Laboratório Físico Nacional: Padrões de frequência óptica de íons presos
- Relógio óptico de íon estrôncio de alta precisão ; Laboratório Físico Nacional (2005)
- National Research Council of Canada: Padrão de frequência óptica com base em um único íon aprisionado
- NIST: Definição do segundo ; observe que o átomo de césio deve estar em seu estado fundamental em 0 K
- Definição oficial do BIPM do segundo
- O segundo salto: sua história e possível futuro
- O que é um relógio de átomo de césio?
- SLAC: Escalas de Tempo - Nosso universo de 10 18 a 10 −18 segundos