Másodperc (s) — az SI időegysége: definíció és átváltások

Ismerd meg a másodperc SI-definícióját (cézium-133 alapú), egyszerű átváltásokat perc/óra/milliszekundum/nanoszekundum formában, érthetően és gyakorlatiasan.

Szerző: Leandro Alegsa

A második (szimbólum: s), néha rövidítve sec., az SI hét alapegységének egyike. A másodperc a modern fizikai mérések alapegysége az időre: ebből épülnek fel számos más mennyiség egységei (például a sebesség SI-egysége a méter/másodperc). Hivatalos definíciója alapján egy másodperc az a tartam, amely alatt a cézium-133 atom két energiaszintje közötti átmenet során kibocsátott elektronokból származó sugárzás 9 192 631 770 teljes ciklusa zajlik le. Ezt az atomfizikai meghatározást rendkívül pontosan lehet reprodukálni atomórákkal.

További időegységek és egyszerű átváltások

A másodperc természetesen nem az egyetlen időegység. Gyakori egységek és kapcsolatuk a másodperccel:

  • perc = 60 másodperc
  • óra = 60 perc = 3 600 másodperc
  • nap = 24 óra = 86 400 másodperc
  • hetek = 7 nap = 604 800 másodperc
  • évek – a naptári év hossza változó; egy közönséges év 365 nap = 31 536 000 s, míg a julián év (szabványos fizikai referencia) 365,25 nap = 31 557 600 s

A másodperc az SI alapegysége, míg az említett perces, órás, napos stb. egységek nem SI-alapegységek (bár széles körben használatosak). A gyakorlatban a percet, órát és napot a hétköznapi, valamint sok műszaki és tudományos területen alkalmazzák.

Metrikus előtagok és gyakori al- és többszörösei

A metrikus előtagokat gyakran kombinálják a másodperc szóval a kisebb vagy nagyobb időtartamok jelölésére. Példák (szimbólumokkal):

  • milliszekundum (ms) = 10−3 s
  • mikroszekundum (µs) = 10−6 s
  • nanoszekundum (ns) = 10−9 s
  • pikoszekundum (ps) = 10−12 s
  • femtoszekundum (fs) = 10−15 s
  • attoszekundum (as) = 10−18 s

Bár az SI-előtagok elvileg a másodperc többszöröseinek (például kilószekundum, ks = 10³ s) képzésére is alkalmasak, a gyakorlatban ritkábban használatosak. Gyakrabban találkozni a nem SI-egységekkel, mint a perc, az óra és a nap, amelyek a 60 és a 24 többszörösével nőnek (nem pedig tízes hatványokkal, mint az SI-rendszerben).

Történeti áttekintés

A másodperc fogalma történelmileg a nap felosztásából ered: régen a köznap hosszának 1/86 400 részeként határozták meg. A csillagászati és precíz mérési igények kapcsán az 1950–60-as években bevezették az ún. ephemeris másodpercet, amely a Föld mozgásához kapcsolódó standard év alapján volt definiálva. Végül 1967-ben az SI másodpercét a cézium-133 atom hiperfinom átmenetének frekvenciájához kötötték, ami ma is érvényes definíció.

Időmérés, órák és szabványok

A másodperc realizálása az atomórákon keresztül történik; a nemzeti és nemzetközi időalapokat (például a TAI és az UTC) több nagy pontosságú atomóra összevetésével állítják elő. A UTC (Coordinated Universal Time) tartalmazhat időnként hozzáadott vagy kivont szökőmásodperceket (leap seconds), hogy a polgári időszámítás és a Föld forgásához kapcsolódó UT1 közötti eltérés ne növekedjen túl nagyra (jelenleg a cél az eltérés ±0,9 s alatt tartása). A közvetlen fizikai mérés, valamint a navigációs rendszerek és távközlés nagy pontosságú időalapokra támaszkodnak.

Gyakorlati példák

  • A fény vákuumbeli terjedési sebessége pontosan 299 792 458 m/s, tehát egy másodperc alatt a fény megteszi ezt a távolságot.
  • Átlagos emberi szívverés pihenéskor: kb. 0,6–1,0 s/ütés (60–100 ütés/perc).
  • Számítástechnikai alkalmazásokban gyakori időskálák: milliszekundumok a válaszidők, mikroszekundumok és nanoszekundumok a hálózati és processzoros időmérések terén.

Összefoglaló átváltások (gyakran használt értékek)

  • 1 perc = 60 s
  • 1 óra = 3 600 s
  • 1 nap = 86 400 s
  • 1 hét = 604 800 s
  • 1 közönséges év = 31 536 000 s
  • 1 julián év = 31 557 600 s

A fenti ismeretek alapján a másodperc egyszerre alapvető egység a mindennapi életben és a csúcspontosságú tudományos-műszaki mérésekben — az atomórák és a világidő-szabványok teszik lehetővé, hogy az időt ma rendkívül pontosan és ismételhető módon mérjük.

Nemzetközi második

A nemzetközi mértékegységrendszer szerint a másodperc jelenleg a cézium-133 atom alapállapotának két hiperfinom szintje közötti átmenetnek megfelelő sugárzás 9 192 631 770 periódusának időtartama. Ez a meghatározás egy 0 kelvin (-273,15 Celsius-fok; -459,67 Fahrenheit-fok) (abszolút nulla) hőmérsékleten nyugalomban lévő céziumatomra vonatkozik. Az alapállapotot nulla mágneses térben határozzuk meg. Az így definiált másodperc egyenértékű az efemerisz másodperccel.

A másodperc nemzetközi szabványos szimbóluma az s (lásd ISO 31-1).

Egyenértékűség más időegységekkel

1 nemzetközi másodperc egyenlő:

  • 1/60 perc (1 perc 60 másodpercnek felel meg)
  • 1/3,600 óra (1 óra 3600 másodpercnek felel meg)
  • 1/86,400 nap (1 nap a nemzetközi mértékegységrendszerben elfogadott, nem SI-egységek értelmében 86,400 másodpercnek felel meg).

Egy közönséges évben 31 536 000 másodperc, egy szökőévben 31 622 400 másodperc, egy juliánus évben pedig 31 557 600 másodperc van.

Történelmi eredet

Eredetileg a másodpercet "második perc"-ként ismerték, ami az óra második perces (azaz kis) felosztását jelentette. Az első osztás "prímperc" néven volt ismert, és a ma ismert percnek felel meg. A harmadik és negyedik percet néha használták a számítások során.

A 60-as szorzó a babilóniaiaktól származik, akik a szexageszimális (60-as alap) számrendszert használták. A babilóniaiak azonban nem osztották fel az időegységeket szexageszimálisra (kivéve a napot). Az ókori egyiptomiak az órát a nappali vagy az éjszakai idő 1/12-ed részeként határozták meg, ezért mindkettő az évszakok szerint változott. A görög csillagászok, például Hipparkhosz és Ptolemaiosz az órát a nap átlagos napszakának 1/24-ed részeként határozták meg. Ezt az átlagos napórai órát nemenként felosztva a másodpercet egy átlagos napnap 1/86,400-ára tették. []

A görög időszakokat, például az átlagos szinódikus hónapot általában elég pontosan meghatározták, mivel azokat gondosan kiválasztott, több száz évvel egymástól elkülönített fogyatkozásokból számították ki - az egyes átlagos szinódikus hónapok és hasonló időszakok nem mérhetők. Mindazonáltal az átlagos időt tartó ingaórák kifejlesztésével (szemben a napórák által mutatott látszólagos idővel) a másodperc mérhetővé vált. A londoni Királyi Társaság már 1660-ban javasolta a másodperces inga mértékegységként való használatát. A Föld felszínén egy méter hosszú inga egy ütésének vagy fél periódusának (egy lengés, nem oda-vissza) időtartama körülbelül egy másodperc.

1956-ban a másodpercet a Föld Nap körüli keringési idejével határozták meg egy adott korszakra vonatkozóan, mivel ekkorra már felismerték, hogy a Föld saját tengelye körüli forgása nem eléggé egyenletes az idő mércéjének. A Föld mozgását a Newcomb-féle Nap-táblázatokban írták le, amely az 1750 és 1892 között végzett csillagászati megfigyelések alapján képletet ad a Nap 1900-as korszakra vonatkozó mozgására. Az így meghatározott másodperc a következő

a trópusi év 1/31.556.925,9747 törtrésze 1900 január 0-ra, 12 órás efemeriszidőben.

Ezt a meghatározást 1960-ban a súlyok és mértékek tizenegyedik általános konferenciája ratifikálta. A definícióban szereplő trópusi évet nem mérték, hanem egy olyan képletből számították ki, amely egy olyan trópusi évet írt le, amely az idővel lineárisan csökken, ezért a különös hivatkozás egy adott pillanatnyi trópusi évre. Mivel ez a másodperc volt az idő független változója, amelyet a huszadik század nagy részében a Nap és a Hold efemeridáiban használtak (1900-tól 1983-ig Newcomb Nap-tábláit, 1920-tól 1983-ig pedig Brown Hold-tábláit), ezért efemerisz másodpercnek nevezték el.

Amikor elkészültek az atomórák, ezek lettek a másodperc meghatározásának alapjául, nem pedig a Föld Nap körüli forgása.

Többéves munkát követően Louis Essen a Nemzeti Fizikai Laboratóriumból (Teddington, Anglia) és William Markowitz az Egyesült Államok Haditengerészeti Obszervatóriumából (USNO) meghatározta a céziumatom hiperfinom átmenet frekvenciája és az efemer másodperc közötti kapcsolatot. A WWV rádióállomásról vett jelek alapján egy közös nézetű mérési módszerrel a Hold Föld körüli keringési mozgását határozták meg, amelyből a Nap látszólagos mozgására lehetett következtetni, az atomóra által mért időre vonatkoztatva. Ennek eredményeképpen 1967-ben a tizenharmadik Általános Súly- és Mértékügyi Konferencia az atomidő másodpercét a Nemzetközi Egységrendszerben (SI) a következőképpen határozta meg

a cézium-133 atom alapállapotának két hiperfinom szintje közötti átmenetnek megfelelő sugárzás 9 192 631 770 periódusának időtartama.

Az alapállapotot nulla mágneses térben határozzuk meg. Az így meghatározott másodperc egyenértékű az efemerisz másodperccel.

A második meghatározását később a BIPM 1997. évi ülésén pontosították, és a következő kijelentést foglalták bele

Ez a meghatározás egy 0 K hőmérsékleten nyugalomban lévő céziumatomra vonatkozik.

A felülvizsgált meghatározás azt sugallja, hogy az ideális atomóra egyetlen nyugalomban lévő céziumatomot tartalmazna, amely egyetlen frekvenciát bocsát ki. A gyakorlatban azonban a definíció azt jelenti, hogy a másodperc nagy pontosságú megvalósításainak kompenzálniuk kell a környezeti hőmérséklet (fekete test sugárzás) hatásait, amelyben az atomórák működnek, és ennek megfelelően extrapolálniuk kell a másodperc fent meghatározott értékére.

A második a szerepjátékokban

A szerepjátékokban a másodperc néha egy kis időtartamra vagy egyetlen harci fordulóra utal. Ez egy szabványos időpillanat, és nem feltétlenül egy valódi másodpercre utal, és a forgatókönyvtől függően lehet rövidebb vagy hosszabb is.

Trivia

  • A modern időkig a fokokat és az órákat egymás után 60-zal osztották pars minuta prima, pars minuta secunda, pars minuta tertia és így tovább. Ebből fejlődött ki a mai perc és másodperc, de a kisebb osztásoknál most a tizedes osztást követjük. Néhány nyelvben a szótárak még mindig megtartják a harmad szót a másodperc 1/60-ára, például a lengyel (tercja) és az arab (ثالثة).

Kapcsolódó oldalak

Kérdések és válaszok

K: Mi a másodperc szimbóluma?


V: A másodperc szimbóluma az "s".

K: Hány másodperc van egy percben?


V: Egy percben 60 másodperc van.

K: Hány perc van egy órában?


V: Egy órában 60 perc van.

K: Hány óra van egy napban?


V: Egy nap 24 óra.

K: Honnan ered az időmérésnek ez a hagyománya?


V: Ez a hagyomány a babiloniakhoz nyúlik vissza.

K: Hogyan mérik a tudósok a másodpercet?


V: A tudósok a másodpercet azzal mérik, hogy mennyi idő alatt rezeg egy céziumatom 9 192 631 770 (kb. 9 milliárd) alkalommal.

K: Mi az egyik példa arra, hogy a tudósok miért ezt a módszert használják az idő mérésére más módszerek helyett?



V: A tudósok azért használják ezt a módszert, mert a nap hossza állandóan változik, az atomok rezgése viszont mindig ugyanannyi ideig tart.


Keres
AlegsaOnline.com - 2020 / 2025 - License CC3