Μέτρηση χρόνου – Η ακρίβεια Φύλλο εργασίας 2 Μέτρηση χρόνου – Η ακρίβεια

Πώς αντιλαμβάνεται ο άνθρωπος την έννοια του χρόνου; Ο άνθρωπος από την προϊστορική ήδη εποχή άρχισε να αντιλαμβάνεται την έννοια του χρόνου παρακολουθώντας τις αλλαγές του περιβάλλοντός του, π.χ. την εναλλαγή των εποχών, τις φάσεις της Σελήνης κ.ά.

Πώς μετράμε τον χρόνο; Για να μετρήσουμε τον χρόνο, χρησιμοποιούμε τα περιοδικά φαινόμενα. Περιοδικά φαινόμενα ονομάζονται τα φαινόμενα που επαναλαμβάνονται με τον ίδιο τρόπο σε ίσα χρονικά διαστήματα. Τέτοια φαινόμενα είναι η εναλλαγή της μέρας με τη νύχτα, οι φάσεις της Σελήνης, η κίνηση του εκκρεμούς καθώς και η μεταβολή της ενέργειας ορισμένων ατόμων.

Με βάση ποια συγκεκριμένα φαινόμενα μετρούσαμε τον χρόνο στο παρελθόν και σε ποια φαινόμενα στηρίζονται σήμερα οι επιστήμονες; Η μέτρηση του χρόνου για πολλά χρόνια γινόταν με βάση τις κινήσεις της Γής. Ως αρχή της ημέρας θεωρούσαν την χρονική στιγμή κατά την οποία ο Ήλιος τέμνει μια φανταστική (νοητή) γραμμή στον ουρανό από τον Βορρά προς το Νότο που περνάει από την κατακόρυφο ενός τόπου. Αυτή η γραμμή ονομάζεται μεσημβρινός του τόπου. Το χρονικό διάστημα μεταξύ δυο περασμάτων του Ήλιου από τον μεσημβρινό ενός τόπου λέγεται μέση ηλιακή ημέρα.

Σταδιακά στη διάρκεια χιλιετιών έγινε η διαίρεση του ενός έτους σε 12 μήνες, της ημέρας σε 24 ώρες, της 1 ώρας σε 60 λεπτά, του 1 λεπτού σε 60 δευτερόλεπτα. Σήμερα ο χρόνος υπολογίζεται με ακρίβεια με βάση τις ενεργειακές μεταβολές στο άτομο του καισίου (με το ατομικό ρολόι καισίου).

Ποιες είναι οι μονάδες μέτρησης του χρόνου; Η θεμελιώδης μονάδα μέτρησης του χρόνου είναι το δευτερόλεπτο (second). Συμβολίζεται με το γράμμα s. Ορίζουμε το δευτερόλεπτο έτσι ώστε ένα ημερονύκτιο να διαρκεί 86.400 s. Το 1967 το δευτερόλεπτο ορίστηκε ξανά με βάση το ρολόι καισίου ως εξής: 1 δευτερόλεπτο είναι ο χρόνος που χρειάζεται για να συμβούν 9.192.631.770 καθορισμένες περιοδικές ενεργειακές μεταβολές στο άτομο του καισίου (Cs133). Άλλες μονάδες μέτρησης του χρόνου είναι το λεπτό (min) και η ώρα (h). Επίσης χρησιμοποιούμε την ημέρα, την εβδομάδα, τον μήνα, το έτος, τον αιώνα και την χιλιετία.

Με ποιες σχέσεις συνδέονται μεταξύ τους οι μονάδες μέτρησης του χρόνου; Οι μονάδες μέτρησης του χρόνου συνδέονται με τις παρακάτω σχέσεις: 60 δευτερόλεπτα = 1 λεπτό 60 λεπτά = 1 ώρα 24 ώρες = 1 ημέρα 7 ημέρες = 1 εβδομάδα 30 ημέρες = 1 μήνας 365 ημέρες = 1 έτος 12 μήνες = 1 έτος 100 έτη = 1 αιώνας 1000 έτη = 1 χιλιετία

Με ποια όργανα μετράμε τον χρόνο; Για αρκετά χρόνια οι άνθρωποι για τη μέτρηση του χρόνου χρησιμοποιούσαν όργανα όπως η κλεψύδρα και το ηλιακό ρολόι. Τα όργανα αυτά, βέβαια, δεν ήταν δυνατόν να προσδιορίσουν τον χρόνο με την ακρίβεια των σύγχρονων τεχνολογικών επιτευγμάτων. Επίσης, χρησιμοποιούσαν διάφορους μηχανισμούς με νερό ως τον 17ο αιώνα, οπότε καθιερώθηκε το μηχανικό ρολόι το οποίο χρησιμοποιούσε το απλό εκκρεμές για τη μέτρηση του χρόνου.

1 Σήμερα μετράμε τον χρόνο με ηλεκτρικά ή ηλεκτρονικά ρολόγια (1) (ή χρονόμετρα), αναλογικά ή ψηφιακά. Για μεγαλύτερη ακρίβεια χρησιμοποιούμε ρολόγια με κρύσταλλο χαλαζία (2) που ταλαντώνεται ή ατομικά ρολόγια καισίου (3) που εξασφαλίζουν τη μεγαλύτερη δυνατή ακρίβεια. 2 3