Segon

El segon (símbol: s) és l'unitat de temps en el Sistema Internacional d'Unitats, el Sistema Cegesimal d'Unitats i el Sistema Tècnic d'Unitats. Supon comunament una sesentava part d'un minut (Plantilla:Frac) i és essencial per a la medició en múltiples sistemes d'unitats. Abans es definia com la fracció Plantilla:Frac de la duració que va tindre l'any solar mig entre els anys 1750 i 1890, pero des de l'any 1967 la seua medició es fa prenent com a base el Temps Atòmic. El Sistema Internacional d'Unitats definiria aixina el segon:

Degut a que la rotació de la Terra varia i també es ralentisa llaugerament, s'agrega periòdicament un segon intercalar a l'hora del rellonge per a mantindre els rellonges sincronisats en la rotació de la Terra. Encara que la definició històrica de l'unitat es va basar en esta divisió del cicle de rotació de la Terra, la definició formal en el Sistema Internacional d'Unitats (SI) és un cronometrador molt més estable: Com a conseqüència d'açò es produïxen desfasaments entre el segon com a unitat de temps astronòmic i el segon medit a partir del temps atòmic, més estable que la rotació de la Terra, lo que obliga a ajusts destinats a mantindre concordancia entre el temps atòmic i el temps solar mig.

Orige etimològic

La paraula segon prové del llatí sequire (seguir); no obstant, el seu us per a denominar a la mida de temps és similar a l'orige del terme minut. Est prové dellatí minuta (part chicoteta); és dir, una «minuta d'hora» és una part chicoteta de l'hora. L'hora es dividia en 60 fraccions a les que es denominava pars minuta primera (primera part chicoteta), a la seua volta estes es dividien de nou en 60 parts anomenades pars minuta secunda (segona part chicoteta).

Rellonges i temps solar

Un rellonge mecànic, que no depén de la medició de la posició de rotació relativa de la Terra, manté un temps uniforme cridat temps mig, dins de la precisió que li és intrínseca. Açò significa que cada segon, minut i qualsevol atra divisió de temps contada pel rellonge tindrà la mateixa duració que qualsevol atra divisió de temps idèntica. Pero un rellonge de sol que medix la posició relativa del sol en el cel, cridada temps aparent, no manté un temps uniforme. El temps guardat per un rellonge de sol varia segons l'época de l'any, lo que significa que els segons, els minuts i qualsevol atra divisió del temps tenen una duració diferent en distintes époques de l'any. L'hora del dia medida en l'hora mija front a l'hora aparent pot diferir fins a en 15 minuts, pero un sol dia diferirà del següent només en una chicoteta cantitat; 15 minuts és una diferència acumulada durant una part de l'any. L'efecte es deu principalment a la oblicuidad de l'eix de la Terra sobre la seua òrbita al voltant del Sol. La diferència entre l'hora solar aparent i l'hora mija va ser reconeguda pels astrònoms des de l'antiguetat, pero abans de l'invenció dels rellonges mecànics precisos a mitan d'el XVII, els rellonges de sol eren els únics rellonges fiables, i l'hora solar aparent era l'únic estàndart generalment acceptat.

Us correcte del símbol en texts

En texts en espanyol, és freqüent trobar abreviaturas no oficials per al segon, tals com seg. o sg. Note's que no es deuen utilisar abreviatures per a les unitats de temps: el símbol correcte segons el Sistema Internacional d'Unitats és «s». Igualment, deu deixar-se un espai entre el número i el símbol i no deu afegir-se un punt despuix del símbol (llevat al final d'una oració).

• Eixemples d'us incorrecte: 13 seg, 13 seg., 13 sg, 13″ (en el SI, el símbol ″ es referix a segons d'arc).
• L'us correcte per a estos casos és «13 s». Per a més detalls, poden consultar-se les normes ortogràfiques relatives a les unitats del Sistema Internacional.

Events i unitats de temps en segons

Les fraccions de segon solen indicar-se en notació decimal, per eixemple 2,01 segons, o dos centèsimes de segon. Els múltiples de segon solen expressar-se com a minuts i segons, o hores, minuts i segons de rellonge, separats per dos punts, com per eixemple 11:23:24, o 45:23 (esta última notació pot donar lloc a ambigüitats, ya que s'utilisa la mateixa notació per a denotar hores i minuts). Rara volta té sentit expressar periodos de temps més llarcs, com a hores o dies, en segons, perque són números incómodamente grans. Per a l'unitat mètrica del segon, hi ha prefix decimal que representa 10⁻²⁴ a 10²⁴ segons. Algunes unitats comunes de temps en segons són: un minut són 60 segons; una hora són 3600 segons; un dia són 86 400 segons; una semana són 604 800 segons; un any (que no siga any bisiesto) són 31 536 000 segons; i un sigle (gregoriano) té un promig de 3 155 695 200 segons; en tot lo anterior, excloent qualsevol possible segon bisiesto. Alguns successos comuns en segons són: una pedra cau uns 4,9 metros des del repòs en un segon; una péndola d'un metro de llongitut té una oscilació d'un segon, per lo que els rellonges de péndola tenen péndoles d'un metro de llongitut; els velocistes humans més ràpits corren 10 metros en un segon; una ona oceànica en aigües profundes viaja uns 23 metros en un segon; el sò viaja uns 343 metros en un segon en l'aire; la llum tarda 1,3 segons en aplegar a la Terra des de la superfície de la Lluna, una distància de 384 400 quilómetros.

Normes de cronometraje

Un conjunt de rellonges atòmics en tot lo món manté l'hora per consens: els rellonges «voten» sobre l'hora correcta, i tots els rellonges que voten es dirigixen per a estar d'acort en el consens, que es diu Temps Atòmic Internacional (TAI). El TAI «marca» «segons atòmics».

El temps civil es definix per a que coincidixca en la rotació de la Terra. L'estàndart internacional per al manteniment del temps és el temps universal coordinat (UTC). Esta escala de temps «marca» els mateixos segons atòmics que el TAI, pero inserta o omet segons bisiestos segons siga necessari per a corregir les variacions en la taxa de rotació de la Terra.

Una escala de temps en la que els segons no són exactament iguals als segons atòmics és el UT1, una forma de temps universal. El UT1 es definix per la rotació de la Terra sobre el sol, i no conté cap segon bisiesto. UT1 sempre diferix d'UTC en menys d'un segon.

Atres unitats que incorporen segons

El segon forma part d'atres unitats, com la freqüència medida en hercios (segons inversos o segon⁻¹), la velocitat (metros per segon) i l'acceleració (metros per segon al quadrat). L'unitat del sistema mètric, el bequerelio, una mida de la desintegració radiactiva, es medix en segons inversos. El metro es definix en funció de la velocitat de la llum i del segon; les definicions de les unitats bàsiques del sistema mètric, el quilogram, l'amperi, el kelvin i la canela, també depenen del segon. L'única unitat bàsica la definició de la qual no depén del segon és el mol. De les 22 unitats derivades del SI, només dos, el radián i l'estereoradiant, no depenen del segon. Moltes unitats derivades de coses quotidianes s'expressen en térmens d'unitats de temps majors, no de segons, com l'hora del rellonge en hores i minuts, la velocitat d'un coche en quilómetros per hora o milles per hora, els quilovats hora d'us de l'electricitat i la velocitat d'un plat giratori en rotacions per minut.

Rellonge òptic de celosía

Encara que encara no formen part de cap norma de cronometraje, ya existixen rellonges òptics de celosía en freqüències en l'espectre de la llum visible i són els cronómetros més precisos de tots. Un rellonge d'estronci en una freqüència de 430 terahercios (THz), en el ranc roig de la llum visible, ostenta ara el récort de precisió: guanyarà o perdrà menys d'un segon en 15 000 millons d'anys, que és més temps que l'edat estimada de l'univers. Un rellonge d'este tipo pot medir un canvi en la seua elevació de solament 2 cm pel canvi en el seu ritme per la dilatació gravitacional del temps.

Història de la definició

Artícul principal → Història de la rellongeria.

Solament hi ha hagut tres definicions del segon: com una fracció del dia, com una fracció d'un any extrapolado i com la freqüència de microones d'un rellonge atòmic de cesi, i han realisat una divisió sexagesimal del dia des de l'astronomia antiga per als seus calendaris.

Abans del adveniment dels rellonges mecànics

Els habitants del Antic Egipte varen dividir la mitat del dia i la nit del dia cada u en 12 hores, a lo manco des de l'any 2000 a. C. Per les diferents duració dels periodos diürn i nocturn en diferents époques de l'any, la duració de l'hora egipcíaca va ser un valor variable. Els astrònoms grecs del periodo helenístico Hiparco i Ptolomeo varen dividir el dia basant-se en el sistema sexagesimal i també varen usar l'hora promig (1/24 dies), fraccions simples d'una hora (¼, ⅔, etc.) i temps- graus (1/360 dies, o 4 minuts moderns), pero no minuts o segons moderns.

En Babilonia, despuix del 300 a. C. el dia es va dividir per xixanta, és dir, per 60, el segment resultant, per 60 més, després, novament per 60, i aixina successivament, fins a a lo manco sis dígits despuix del separador de xixanta decimals, que va donar una precisió de més de dos microsegons moderns. Per eixemple, per a la duració del seu any, es va utilisar un número fraccionario de 6 dígits de la duració d'un dia, encara que no varen poder medir físicament un interval tan chicotet. Un atre eixemple és la duració del més sinódico determinada per ells , que va ascendir a 29; 31,50,8,20 dies (quatre posicions fraccionarias xixanta decimals), que va ser repetida per Hiparco i Ptolomeo i que ara és la duració del sinódico mig, més en el calendari hebreu, encara que calculat com 29 dies 12 hores i 793 helek (a on 1080 heleks són 1 hora). Els babilonios no varen utilisar l'unitat de temps «hora», sino que varen utilisar una hora doble en una duració de 120 minuts moderns, aixina com un grau de temps en una duració de 4 minuts i una «tercera part» en una duració de 3 Plantilla:Fracció segons moderns (Helek en el calendari hebreu modern), pero ya no compartien estes unitats més chicotetes. Cap de les parts del dia de xixanta dígits s'ha utilisat mai com una unitat de temps independent.

Segons en els dies dels rellonges mecànics

El rellonge més antic conegut accionado per resort en una segona agulla que marcava els segons és un rellonge datat entre els anys 1560 i 1570 que es troba en la colecció Fremersdorf; representa a Orfeo i el seu autor és desconegut. En el tercer quarto d'el XVI, el enciclopedista otomà Taqi ad-Din Muhammad ibn Ma'ruf va crear un rellonge en marques cada Plantilla:Fracció de minut. En 1579, el relojero i fabricant d'instruments suís Joost Bürgi va dissenyar un rellonge per a Landgrave Guillermo IV , que mostrava segons. En 1581, l'erudit danés Tycho Brahe va redissenyar els rellonges del seu observatori, que mostraven minuts, per a que començaren a mostrar segons. No obstant, el mecanisme encara no s'ha desenrollat lo suficient com per a medir els segons en una precisió acceptable. En 1587, Tycho Brahe es va mostrar molest perque les llectures de les seues quatre hores diferixen entre sí en ±4 segons [10] : 104. La medició de segons en suficient precisió es va fer possible en l'invenció dels rellonges mecànics , que varen permetre mantindre el «temps mig» (en contraposició al «temps relatiu» mostrat pel rellonge de sol). En 1644, el matemàtic francés Marin Mersenne va calcular que una péndola en una llongitut de 39,1 polzades (0,994 m) tindria un periodo d'oscilació baix la gravetat estàndar d'exactament 2 segons, 1 segon per a alvançar i 1 segon per a retrocedir, lo que permet contar els segons exactes. En 1670, el relojero londinenc William Clement va afegir una segona péndola al rellonge de péndola original de Christiaan Huygens [13] . De 1670 a 1680, Clemente va millorar el seu mecanisme vàries voltes, despuix de la qual cosa va presentar al públic el seu gabinet de rellonge . Este rellonge conta en un mecanisme d'escape [en] en una segona péndola que mostra els segons en una chicoteta subesfera. Este mecanisme, per la menor fricció, requeria menys energia que el disseny de gatell de passador utilisat anteriorment [en] , i era lo suficientment precís com per a medir segons com 1/60 minuts. Durant varis anys, la producció d'estos rellonges va ser dominada pels relojeros anglesos i després es va estendre a atres països. Aixina, a partir d'eixe moment, va ser possible medir els segons en la precisió adequada.

Divisions sexagesimals de l'hora i el dia del calendari

Les civilisacions del periodo clàssic i anteriors varen crear divisions del calendari, aixina com arcs, utilisant un sistema sexagesimal de conteo, per lo que en aquella época el segon era una subdivisió sexagesimal del dia (segon antic = Plantilla:Sfrac), no de l'hora com el segon modern (= Plantilla:Sfrac). Els rellonges de sol i d'aigua varen ser els primers dispositius de medició del temps, i les unitats de temps es medien en graus d'arc. També s'utilisaven unitats de temps conceptuals més chicotetes que les realisables en els rellonges de sol. En els escrits dels filòsofs naturals de l'Edat Mija hi ha referències al «segon» com a part d'un més llunar, que eren subdivisions matemàtiques que no es podien medir mecánicamente.

Fracció de dia solar

Els primers rellonges mecànics que varen aparéixer a partir d'el XIV tenien indicadors que dividien l'hora en mitats, terços, quartos i a voltes inclús en 12 parts, pero mai en 60. De fet, l'hora no es dividia comunament en 60 minuts, ya que la seua duració no era uniforme. No va ser pràctic per als cronometradores tindre en conte els minuts fins que varen aparéixer els primers rellonges mecànics que mostraven els minuts a finals d'el XVI. Els rellonges mecànics guardaven la hora mija, en contraposició a la hora aparent que mostraven els rellonges de sol. Per a llavors, les divisions sexagesimals del temps estaven ben establides en Europa.

Els primers rellonges que indicaven els segons varen aparéixer en l'última mitat d'el XVI. El segon es va poder medir en precisió en el desenroll dels rellonges mecànics. El primer rellonge de moll en segundero que marcava els segons és un rellonge sense firma que representa a Orfeo en la colecció Fremersdorf, datat entre 1560 i 1570. Durant el tercer quarto d'el XVI, Taqi al-Din va construir un rellonge en marques cada Plantilla:Fracció de minut. En 1579, Jost Bürgi va construir un rellonge per a William d'Hesse que marcava els segons. En 1581, Tycho Brahe va redissenyar els rellonges que només mostraven els minuts en el seu observatori per a que també mostraren els segons, encara que estos no anaren precisos. En 1587, Tycho es va queixar de que els seus quatre rellonges discrepaven en més o menys quatre segons.

En 1656, el científic neerlandés Christiaan Huygens va inventar el primer rellonge de péndola. Tenia una llongitut de péndola d'alguna cosa menys d'un metro, lo que li donava una oscilació d'un segon, i un escape que marcava cada segon. Va ser el primer rellonge que podia donar l'hora en precisió en segons. En la década de 1730, 80 anys més vesprada, els cronómetros marítims de John Harrison podien donar l'hora en una precisió d'un segon en 100 dies. En 1832, Gauss va propondre utilisar el segon com a unitat bàsica de temps en el seu sistema d'unitats de milímetros-miligrams-segons. L'Associació Britànica per a l'Alvanç de la Ciència (BAAS) en 1862 va declarar que «Tots els hòmens de ciència estan d'acort en utilisar el segon de temps solar mig com a unitat de temps». BAAS va propondre formalment el CGS en 1874, encara que este sistema va ser substituït gradualment durant els següents 70 anys per les unitats del MKS. Tant el sistema CGS com el MKS utilisaven el mateix segon com a unitat de temps base. El MKS va ser adoptat internacionalment durant la década de 1940, definint el segon com a Plantilla:Frac d'un dia solar mig.

Fracció d'un any d'efemérides

Artícul principal → Temps d'efemérides.

En algun moment a finals de la década de 1940, els rellonges en osciladors de cristal de cuarzo en una freqüència de funcionament de 100 kHz varen alvançar per a mantindre el temps en una precisió millor que 1 part en 10⁸ durant un periodo de funcionament d'un dia. Es va fer evident que un consens de tals rellonges mantenia l'hora millor que la rotació de la Terra. Metrólogos també sabien que l'òrbita de la Terra al voltant del Sol (un any) era molt més estable que la rotació de la Terra. Per això, ya en 1950 es va propondre definir el segon com una fracció d'any. El moviment de la Terra es va descriure en Newcomb's Tables of the Sun (1895), que proporcionava una fòrmula per a estimar el moviment del Sol en relació en l'época 1900, basada en observacions astronòmiques realisades entre 1750 i 1892. Açò va donar lloc a l'adopció d'una escala de temps d'efemérides expressada en unitats del any sideral en eixa época per l'UIA en 1952. Esta escala de temps extrapolada fa que les posicions observades dels cossos celests concorden en les teories dinàmiques newtonianas del seu moviment. En 1955, l'any tropical, considerat més fonamental que l'any sideral, va ser elegit per la UAI com a unitat de temps. L'any tropical en la definició no es media sino que es calculava a partir d'una fòrmula que descrivia un any tropical mig que disminuïa linealmente en el temps. En 1956, el segon es va redefinir en térmens d'un any relatiu a eixa época i es va vincular al concepte de «any» (el periodo de la revolució de la Terra al voltant del Sol), pres per a una época determinada , ya que per a eixa época es va conéixer que la rotació de la Terra entorn el seu eix no podria utilisar-se com a base suficientment fiable, degut a que esta rotació es ralentisa i també està subjecta a bots irregulars. Aixina, el segon es va definir com la

Esta definició va ser adoptada pel XI CMPP en 1960, en la mateixa conferència es va aprovar el Sistema Internacional d'Unitats (SI) en el seu conjunt.

L'any tropical en la definició de 1960 no es va medir, pero es va calcular usant una fòrmula que descriu un any tropical promig que aumenta linealmente en el temps. Açò corresponia a l'escala de temps d'efemérides adoptada per l'Unió Astronòmica Internacional en 1952. Esta definició va alinear la disposició observada dels cossos celests en la «teoria de Newton» del seu moviment. En la pràctica, durant casi tot el XX es varen utilisar taules de Newcomb (de 1900 a 1983) i taules d'Ernest William Brown (de 1923 a 1983).

Segon «atòmic»

En 1960, la definició donada en el sistema SI va cancelar qualsevol conexió òbvia entre un segon en el sentit científic i la duració d'un dia, com ho entén la majoria de la gent. En l'invenció del rellonge atòmic a principis de la década de 1960, es va decidir utilisar el Temps Atòmic Internacional com a base per a determinar el segon en lloc de l'òrbita de la Terra al voltant del Sol. Un dels principis bàsics de la mecànica quàntica és la indistinguibilidad de les partícules. Aixina, mentres no tingam en conte les influències externes, l'estructura de tots els àtoms d'un isòtop donat és completament idèntica. Per tant, representen mecanismes ideals es poden reproduir en una precisió llimitada únicament pel grau d'influència de les influències externes. Per això la precisió de l'escala de temps implementada pels rellonges atòmics va excedir la precisió de la determinació astronòmica, que, ademés, adolia de l'impossibilitat d'una reproducibilidad exacta de l'estàndart d'un segon. D'ahí la decisió de passar a l'implementació d'un segon basat en un rellonge atòmic, prenent com a base un tipo de transició en àtoms molt débilmente exposts a influències externes. Despuix de la discussió, es va decidir prendre els àtoms de cesi, que ademés tenen la ventaja de que el cesi té un sol isòtop estable, i compondre una nova definició del segon de tal manera que es corresponga més estretament en la segona efeméride utilisada. Per això, i ya que inclús els millors rellonges mecànics, elèctrics motorisats i de cristal de cuarzo desenrollen discrepàncies per les condicions ambientals. Molt millor per a medir el temps és la «vibració» natural i exacta d'un àtom energizado. La freqüència de la vibració, és dir, la radiació, és molt específica depenent del tipo d'àtom i de cóm s'excita. Des de 1967, el segon es definix exactament com:

«la duració de 9.192.631 770 periodos de la radiació corresponent a la transició entre els dos nivells hiperfinos de l'estat bàsic de l'àtom de cesi-133 a una temperatura de 0 K».

Esta llongitut d'un segon es va seleccionar per a que corresponguera exactament a la llongitut del segon d'efemérides definit anteriorment. Els rellonges atòmics utilisen dita freqüència per a medir els segons contant els cicles per segon a eixa freqüència. Este tipo de radiació és un dels fenomens més estables i reproduibles de la naturalea. L'actual generació de rellonges atòmics té una precisió d'un segon en uns centenars de millons d'anys. Els rellonges atòmics establixen ara la duració d'un segon i l'estàndar de temps per al món.

Múltiples del SI

A continuació una taula dels múltiples i submúltiplos del Sistema Internacional d'Unitats.

Vore també

• Segon intercalar
• Temps
• Data
• Minut
• Hora
• Dia
• Yoctosegundo
• Péndola de segons
• Estàndar de temps
• Trampa magneto-òptica

Bibliografia

• Clave and Frequency (colecció d'artículs), editat per D. Jespersen i uns atres, traduït de l'anglés, Moscou, 1973.

Enllaços externs

Commons

• Wikimedia Commons alberga contingut multimèdia sobre Segon.
• archive. org/web/20160407215419/http://www. npl. co. uk/science-technology/time-frequency/research/optical-frequency-standards/trapped-ion-optical-frequency-standards National Physicalaboratory: Trapped ion optical frequency standards
• npl. co. uk/docs/networks/time/meeting3/klein.pdf High-accuracy strontium ion optical clock; National Physicalaboratory (2005)
• archive. org/web/20080314011450/http://inms-ienm. nrc-cnrc. gc. ca/research/optical_frequency_projects_e. html#optical National Research Council of Canada: Optical frequency standard based on a single trapped ion
• nist. gov/cuu/Units/second. html NIST: Definition of the second; notice the cesium atom must be in its ground state at 0 K
• bipm. org/en/publications/si-brochure/second. html Official BIPM definition of the second
• cl. cam. ac. uk/~mgk25/time/metrologia-leapsecond.pdf The leap second: its history and possible future
• nrc-cnrc. gc. ca/eng/services/time/faq/index. html#Q10 What is a Cesium atom clock?
• astronoo. com/en/artículs/measuring-time. html Accuracy of the clave — Astronoo