Sekunde — kas tā ir: SI laika vienība, definīcija un mērījums

Sekunde — SI laika vienība: definīcija, mērījums ar cēzija‑133 frekvenci (9 192 631 770 cikli), metriskie priedēkļi un saistītās laika vienības.

Autors: Leandro Alegsa

Sekunde (simbols: s), dažkārt saīsināti sek., ir laika vienības nosaukums un viena no septiņām SI pamatvienībām. Oficiālā definīcija nosaka, ka viena sekunde ir laiks, ko aizņem 9 192 631 770 starojuma cikli, kas rodas, kad elektroni pāriet starp diviem cēzija-133 atoma enerģijas līmeņiem. Šī definīcija ļauj sekundes mērījumiem būt ļoti precīziem un atkārtojamiem visā pasaulē.

Attiecība ar citām laika vienībām

Sekunde nav vienīgā laika mērvienība. Bieži lietotās vienības ir minūte, stunda, diena, nedēļa, mēnesis un gads. Attiecības ir šādas: vienā minūtē ir 60 sekundes; vienā stundā ir 60 minūtes (tātad 3 600 sekundes); vienā dienā ir 24 stundas (86 400 sekundes). Izņemot sekundi, pārējās šīs vienības parasti netiek iekļautas SI sistēmā kā pamatvienības.

Metriskie priedēkļi un sekundes daļas

Metriskie priedēkļi bieži tiek kombinēti ar vārdu sekunde, lai apzīmētu sekundes daļas vai reizrēķinus. Piemēri:

  • Milisekunde — 1 ms = 10−3 s (vienas sekundes tūkstošdaļa).
  • Nanosekunde — 1 ns = 10−9 s (vienas sekundes miljarddaļa).

Lai gan SI priedēkļus var piemērot arī sekundes daudzskaitļiem (piem., "kilosekunde" = 103 s), praksē retāk izmanto šādas formas; biežāk tiek lietotas tradicionālās laika mērvienības (minūtes, stundas, dienas), kas ir balstītas uz reizinājumiem 60 un 24, nevis desmitiem.

Mērīšana un precizitāte

Parasti sekundes mērīšanai izmanto atomiskos pulksteņus. Mūsdienu precīzākie pulksteņi — cēzija-133 atoma pulksteņi (tajā skaitā cēzija fontāna tipa pulksteņi) — tieši realizē SI sekundes definīciju. Šie pulksteņi spēj nodrošināt stabilu un atkārtojamu laika signālu ar kļūdu daļā no nanosekundes vai pat mazāk.

Jaunākas tehnoloģijas — optiskie pulksteņi — sasniedz vēl lielāku precizitāti un stabilitāti nekā tradicionālie cēzija pulksteņi. Zinātnieki izskata iespējas nākotnē redefinēt sekundi, balstoties uz optisko pāreju būtiski augstākā frekvencē, taču šāda lēmuma pieņemšana prasa starptautisku vienošanos un rūpīgu novērtējumu.

Laika skalu saskaņošana: UTC un lepas sekundes

Starptautiskā koordinētā laika skala (UTC) izmanto atomiskos laikus, bet lai saglabātu saskaņojumu ar Zemes griešanos (astronomisko laiku UT1), periodiski tiek pievienotas vai atņemtas leap (lēkumu) sekundes. Šīs lēkumu sekundes tiek pievienotas pēc nepieciešamības un tās nosaka starptautiskā organizācija (IERS). Diskusijas par lēkumu sekunžu likteni turpinās — daļa līdzstrādnieku atbalsta pāreju uz nepārtrauktāku laika skalu bez lēkumu sekundēm, lai atvieglotu IT sistēmu darbību, kamēr citi uzsver nepieciešamību saglabāt sinhronizāciju ar astronomisko laiku.

Vēsturisks konteksts

Vēsturiski sekunde tika definēta, balstoties uz Zemes rotāciju un Saules laiku (dienas sadalījums). Līdz ar precīzākiem astronomiskiem un atomiskiem mērījumiem tika ievērotas neatbilstības, tāpēc 1950.—1960. gados tika pieņemta ephemeris sekunde (balstīta uz Zemes ap Sauli kustības aprēķiniem), bet 1967. gadā starptautiskā kopiena pieņēma pašreizējo atomisko definīciju, kas nodrošina ilgtermiņa stabilitāti un precizitāti.

Piemēri un praktiska lietošana

  • Ikdienā sekundes tiek izmantotas, lai mērītu īsus laika intervālus (piem., sporta sacensībās, eksperimentālos mērījumos, elektroniskajās ierīcēs).
  • Telekomunikācijās, navigācijas sistēmās (piem., GPS) un zinātniskajos eksperimentiem nepieciešamas ļoti precīzas sekundes realizācijas, ko nodrošina atomiskie pulksteņi.
  • Tehniskā dokumentācijā un zinātnē simbols "s" tiek izmantots bezdaudzskaitļa atšķirībām (piem., 1 s, 2 s).

Kopumā sekunde ir fundamentāla laika mērvienība, uz kuras balstās gan ikdienas laika skaitīšana, gan modernā zinātne un tehnoloģijas.

Starptautiskais otrais

Saskaņā ar Starptautisko mērvienību sistēmu sekundi pašlaik definē kā starojuma, kas atbilst pārejai starp diviem cēzija-133 atoma pamatstāvokļa hiperfīnajiem līmeņiem, 9 192 631 770 periodu ilgumu. Šī definīcija attiecas uz cēzija atomu miera stāvoklī 0 kelvīnu (-273,15 grādi pēc Celsija; -459,67 grādi pēc Fārenheita) temperatūrā (absolūtais nulle). Pamatstāvoklis ir definēts pie nulles magnētiskā lauka. Šādi definētā sekunde ir līdzvērtīga efemēras sekundei.

Starptautiskais standarts, kas apzīmē sekundi, ir s (sk. ISO 31-1).

Ekvivalence citām laika vienībām

1 starptautiskā sekunde ir vienāda ar:

  • 1/60 minūte (1 minūte ir vienāda ar 60 sekundēm)
  • 1/3 600 stundas (1 stunda ir vienāda ar 3600 sekundēm)
  • 1/86,400 diena (1 diena, kas nav SI vienības, kuras pieņemtas lietošanai Starptautiskajā mērvienību sistēmā, ir vienāda ar 86,400 sekundēm).

Parastajā gadā ir 31 536 000 sekunžu, pārcelšanās gadā - 31 622 400 sekunžu un Julian gadā - 31 557 600 sekunžu.

Vēsturiskā izcelsme

Sākotnēji sekundi sauca par "sekundminūti", kas nozīmēja stundas otrās minūtes (t. i., mazo) daļu. Pirmo dalījumu sauca par "galveno minūti", un tas ir līdzvērtīgs šodien pazīstamajai minūtei. Dažkārt aprēķinos izmantoja arī trešo un ceturto minūti.

Koeficients 60 nāk no babiloniešiem, kuri izmantoja sekstesimālo (60 bāzu) skaitļu sistēmu. Tomēr babilonieši savas laika vienības nedalīja sekstesimāli (izņemot dienu). Stundu senie ēģiptieši definēja kā 1/12 dienas vai 1/12 nakts stundas, tāpēc abas šīs stundas mainījās atkarībā no gadalaikiem. Grieķu astronomi, piemēram, Hiparhs un Ptolemajs, definēja stundu kā 1/24 no vidējās Saules dienas. Seksuāli sadalot šo vidējo Saules stundu, sekundi veidoja 1/86,400 no vidējās Saules dienas. []

Grieķu laika periodi, piemēram, vidējais sinodiskais mēnesis, parasti tika noteikti diezgan precīzi, jo tie tika aprēķināti pēc rūpīgi atlasītiem aptumsumiem, kurus šķir simtiem gadu - atsevišķus vidējos sinodiskos mēnešus un līdzīgus laika periodus nevar izmērīt. Tomēr, attīstoties svārsta pulksteņiem, kas uzrādīja vidējo laiku (pretstatā saules pulksteņu rādītajam šķietamajam laikam), sekundes laiks kļuva izmērāms. Londonas Karaliskā biedrība jau 1660. gadā ierosināja sekundes svārstu kā garuma mērvienību. Viena metra garuma svārsta viens sitiens jeb pusperiods (viens šūpošanās sitiens, nevis uz priekšu un atpakaļ) uz Zemes virsmas ir aptuveni viena sekunde.

1956. gadā sekundi definēja kā Zemes griešanās periodu ap Sauli konkrētā laikmetā, jo līdz tam laikam bija atzīts, ka Zemes rotācija ap savu asi nav pietiekami vienmērīgs laika standarts. Zemes kustība tika aprakstīta Ņūkomba "Saules kustības tabulās", kurās, pamatojoties uz astronomiskajiem novērojumiem, kas veikti laikā no 1750. līdz 1892. gadam, ir sniegta Saules kustības formula 1900. gada laikmetā. Šādi definēts otrais laiks ir šāds.

tropiskā gada 1/31 556 925,9747 daļa 1900. gada 0. janvārim 12 stundu laikā pēc efemerīdas laika.

Šo definīciju 1960. gadā ratificēja Vienpadsmitajā Ģenerālkonferencē par svariem un mēriem. Tropiskais gads definīcijā netika mērīts, bet gan aprēķināts pēc formulas, kurā aprakstīts tropiskais gads, kas laika gaitā lineāri samazinājās, tāpēc arī ir interesanta atsauce uz konkrētu tūlītēju tropisko gadu. Tā kā šī sekunde bija neatkarīgais laika mainīgais lielums, ko izmantoja Saules un Mēness efemerīdās lielāko daļu divdesmitā gadsimta (Ņūkomba Saules tabulas tika izmantotas no 1900. līdz 1983. gadam, bet Brauna Mēness tabulas - no 1920. līdz 1983. gadam), to sauca par efemerīdu sekundi.

Kad tika izgatavoti atomu pulksteņi, tie kļuva par sekundes, nevis Zemes griešanās ap Sauli, definīcijas pamatu.

Pēc vairāku gadu ilga darba Luiss Esens no Nacionālās fizikālās laboratorijas (Tedingtona, Anglija) un Viljams Markovics no ASV Jūras kara flotes observatorijas (USNO) noteica saistību starp cēzija atoma hiperfīno pāreju frekvenci un efemēras sekundi. Izmantojot kopējā skata mērījumu metodi, kas balstīta uz uztvertajiem signāliem no radiostacijas WWV, viņi noteica Mēness orbitālo kustību ap Zemi, no kuras varēja secināt Saules šķietamo kustību, izsakot to laikā, ko mēra ar atomu pulksteni. Rezultātā 1967. gadā 13. Ģenerālkonference par svariem un mēriem definēja atomārā laika sekundi Starptautiskajā mērvienību sistēmā (SI) šādi.

starojuma ilgums 9 192 631 770 periodi, kas atbilst pārejai starp diviem cēzija-133 atoma pamatstāvokļa hiperfīnajiem līmeņiem.

Pamatstāvoklis ir definēts pie nulles magnētiskā lauka. Šādi definētā sekunde ir līdzvērtīga efemerīdas sekundei.

Otrā definīcija vēlāk tika precizēta BIPM 1997. gada sanāksmē, iekļaujot tajā paziņojumu

Šī definīcija attiecas uz cēzija atomu miera stāvoklī 0 K temperatūrā.

Pārskatītā definīcija, šķiet, nozīmē, ka ideālais atomu pulkstenis saturētu vienu cēzija atomu, kas atrodas miera stāvoklī un izstaro vienu frekvenci. Tomēr praksē definīcija nozīmē, ka sekundes augstas precizitātes sekundes realizācijā būtu jākompensē apkārtējās temperatūras (melnā ķermeņa starojuma) ietekme, kurā darbojas atomu pulksteņi, un attiecīgi ekstrapolē uz iepriekš definēto sekundes vērtību.

Otrais lomu spēlēs

Dažreiz lomu spēlēs sekundi izmanto, lai apzīmētu nelielu laika periodu vai vienu kaujas gājienu. To lieto kā standarta laika mirkli, un ne vienmēr tā ir atsauce uz reālu sekundi, un atkarībā no scenārija tā var būt īsāka vai garāka.

Interesanti jautājumi

  • Līdz mūsdienām grādus un stundas dalīja secīgi pa 60 - pars minuta prima, pars minuta secunda, pars minuta tertia un tā tālāk. Tā attīstījās līdz mūsdienu minūtei un sekundei, bet mazāku dalījumu gadījumā mēs tagad izmantojam decimāldaļu. Dažās valodās vārdnīcās joprojām ir saglabāts vārds tercija, kas apzīmē 1/60 sekundes, piemēram, poļu valodā (tercja) un arābu valodā (ثالثة).

Saistītās lapas

Jautājumi un atbildes

J: Kāds ir otrās vietas simbols?


A: Sekundes simbols ir "s".

J: Cik sekunžu ir minūtē?


A: Minūtē ir 60 sekundes.

J: Cik minūtes ir stundā?


A: Stundā ir 60 minūtes.

Jautājums: Cik stundu ir dienā?


A: Dienā ir 24 stundas.

Jautājums: No kurienes nāk šī laika mērīšanas tradīcija?


A: Šīs tradīcijas aizsākumi meklējami babiloniešu laikos.

J: Kā zinātnieki mēra sekundi?


A: Zinātnieki mēra sekundi pēc tā, cik ilgā laikā cēzija atoms vibrē 9 192 631 770 (aptuveni 9 miljardus) reižu.

J: Kāds ir viens piemērs, kāpēc zinātnieki izmanto šo laika mērīšanas metodi, nevis citas metodes?



A: Zinātnieki izmanto šo metodi, jo dienas garums visu laiku mainās, bet atomu vibrācijas vienmēr aizņem vienu un to pašu laiku.


Meklēt
AlegsaOnline.com - 2020 / 2025 - License CC3