Что можно измерить в часах
Единицы измерения времени: меры и особенности исчисления
Единицы измерения времени: Freepick
Какие единицы измерения времени использовали наши предки? Почему минута состоит из 60 секунд, а час — из 60 минут? С детских лет нам приходится наблюдать за часами и выстраивать жизнь, глядя на их циферблат. Разберемся, как измеряют время и какие единицы при этом применяют.
В чем измеряется время
В современном мире человек не мыслит жизнь без времени. Мы то и дело поглядываем на часы, ориентируемся на расписание, договариваемся о встречах в определенный момент дня. Все это возможно благодаря тому, что создана единая система подсчета и определения временных интервалов.
В чем измеряется время? Как и для всех других величин, для него существуют определенные меры. В течение истории человечества они менялись и пересматривались. Сегодня актуальны следующие меры времени:
Какая единица времени является основной в СИ (наиболее широко используемая система единиц в мире)? На международном уровне за основу взяли секунду. Как же определяют ее длительность и что может послужить в этом случае эталоном?
Ранее в качестве образца для этого измерения использовали периоды вращения Земли вокруг своей оси или Солнца, рассчитывали вращение Луны вокруг Земли.
Сейчас Международная система единиц одну секунду определяет как временной интервал, который соответствует 9192631779 периодам излучения. За это время осуществляется переход с одного на другой сверхтонкий уровень основного состояния атома цезия (133) при температуре 273 К. Это так называемая атомная секунда.
Гораздо проще для восприятия представить одну секунду как сокращение человеческого сердца. Но, так или иначе, мы понимаем, что измерение времени начинается с приблизительного определения секунды, на котором дальше строятся все остальные расчеты.
Сведения о том, как перевести сутки в секунды и соотнести другие единицы времени, представлены в таблице:
Единицы времени: NUR.KZ
Отметим, что только для секунд, согласно системе СИ, применяются дольные и кратные единицы (приставки). Наука использует:
Таким образом, есть система основных единиц измерения времени. По ним легко ориентироваться, а это знание, безусловно, важно для каждого человека.
Единицы измерения времени: особенности
С исторической точки зрения первой единицей временных измерений были сутки. Эти небольшие промежутки времени люди отсчитывали, учитывая то, как вставало и садилось Солнце. Позже сутки были поделены на меньшие интервалы: часы, минуты, секунды.
Почему возникло именно такое деление? Ученые, отвечая на этот вопрос, опираются на двенадцатеричную систему исчисления древнего Шумера:
Несмотря на то что в мире в целом широко распространена десятеричная система исчисления, такое деление времени закрепилось в традиции и сохранилось. Кроме того, единицы измерения получили свои сокращения, которые сегодня являются общепринятыми:
С часами, минутами и секундами достаточно просто ориентироваться во временных координатах суток. Что касается последних, то в мире сохранилось две системы определения:
Чтобы обозначить более длинные временные интервалы, пользуются неделями, месяцами, годами, веками, тысячелетиями. Неделю, месяцы и годы составляют из целых количеств солнечных суток. Годы складывают в века и тысячелетия, а век часто делят на десятилетия:
Кроме того, в литературе можно встретить кратные году единицы под названием мегагод (Myr), то есть миллион лет, и гигагод (Gyr) — миллиард лет. Данные единицы использует космология, геология и науки, которые изучают историю нашей планеты и Вселенной. К примеру, для обозначения возраста последней применяют значение 13,72 ± 0,12 гигалет.
Все указанные единицы для измерения времени (за исключением секунды) внесистемные, то есть не употребляются международной системой СИ. Но это не делает их менее полезными в повседневной жизни.
Мы используем единицы измерения времени ежедневно и ежечасно. Человечество так привыкло к устоявшимся обозначениям, что мало кто задумывается об их происхождении или о том, как исчисляли время наши предки. Так или иначе, этот ценный ресурс не стоит оставлять без учета.
Узнавайте обо всем первыми
Подпишитесь и узнавайте о свежих новостях Казахстана, фото, видео и других эксклюзивах.
Время и его измерение
Крайне рекомендую к просмотру или прослушиванию видеоролик (ниже). Уверен, многого Вы не знаете :), некоторые студенты пятого курса, к примеру, не знают о причине смены времён года.
Что было до появления маятниковых часов?
Песочные часы
Песочные часы – это два полукруглых сосуда, соединенных тонкой перемычкой с отверстием внутри. Устройство расположено вертикально, закреплено в прочном корпусе. По внешнему виду напоминают «восьмерку».
Первые песочные часы появились более 1000 лет назад. Исторически не установлено кто именно их создал. Известно, что древнегреческий ученый Архимед предложил отмерять промежутки времени, пересыпая равномерно песок из одного непрозрачного стеклянного сосуда в другой.
Недостатки:
Можно было измерять малые промежутки времени от 15 до 30 минут.
Необходимо постоянное присутствие человека, который ведет подсчет временных интервалов и переворачивает часы, когда верхняя колба опустошается.
На точность измерения времени влияла форма колбы, наличие изъянов внутри стеклянной чаши, однородность откалиброванных песчинок.
Суточная погрешность песочных часов составляла 15 – 20 минут.
Огневые часы
Право первооткрывателей огневых часов принадлежит Древнему Востоку. Во время правления первого китайского императора 3000 лет назад уже существовали такие примитивные устройства.
Существуют раные варианты огневых часов:
Свечные
Фитильные
В процессе горения достигались специальные метки, отсчитывающие определённые периоды. К меткам прикрепляли шарики на тонких нитях. Огонь поочередно пережигал крепление элементов, а звон от падения отмерял время.
Лампадные
Недостатки огневых часов:
Невозможность повторного использования некоторых элементов часов.
Длительное изготовление «деталей», тщательная разметка шкалы отсчета «сгораемого» времени.
Эти необычные часы стали причиной возникновения выражения «время истекло», а их название в переводе с древнегреческого означает «крадущая воду». Клепсидра — это прибор для измерения времени, известный со времен Древнего Египта и используемый вплоть до XVII века.
Каков же был принцип действия этих часов? В Древнем Египте, Вавилоне и в Древней Греции вода по капельке вытекала из отверстия в сосуде. И количеством вылившейся воды измерялись временные промежутки. В Китае и Индии, напротив, жидкость постепенно набиралась в пустой полусферический сосуд. Существует поэма, героине которой нужно было замедлить отсчет времени и она бросила в чашу жемчужину, чтобы вода не текла так быстро.
Главный недостаток:
Неравномерность истечения жидкости.
Солнечные часы
Самым распространенным хронометрическим прибором были солнечные часы, основанные на кажущемся суточном, а иногда и годовом движении Солнца.
Недостаток:
Недостаток:
Маятниковые часы
Интересно, как был откыт закон о периоде колебания маятника.
В 1583 г., имея около двадцати лет от роду, Галилей находился в Пизе, где, следуя совету отца, изучал философию и медицину. Однажды, находясь в соборе этого города, он, со свойственной ему любознательностью и смекалкой, решил наблюдать за движением люстры, подвешенной к самому верху, — не окажется ли продолжительность ее размахов, как вдоль больших дуг, так и вдоль средних и малых, одинаковой; ибо ему казалось, что продолжительность прохождения большой дуги может сократиться за счет большей скорости, с которой, как он видел, движется люстра на более высоких и наклонных участках. И пока люстра размеренно двигалась, он сделал грубую прикидку — его обычное выражение — того, как происходит движение взад и вперед, с помощью биения собственного пульса, а также темпа музыки, в которой он тогда уже был искушен с немалою от того для себя пользой.
И ему на основании таких подсчетов показалось, что он не заблуждается, подсчитав, что времена одинаковы, но не удовлетворенный этим, вернувшись домой, он, чтобы надежнее в этом удостовериться, решил сделать следующее.
Сверх того он сделал два сходных маятника, только достаточно разной длины. Он наблюдал, что, пока малый маятник делал какое-то число колебаний, например 300, по большим дугам, большой за то же время делал всегда одно и то же число колебаний, скажем 40, как по своим большим дугам, так и по совсем маленьким, и повторив это несколько раз, он заключил отсюда, что вполне одинакова продолжительность размахов одного и того же маятника, будут ли они весьма велики или весьма малы, и что почти нет при этом заметных различий, каковые надо приписать помехе со стороны воздуха, который больше противится быстрее движущемуся тяжелому телу, чем медленнее движущемуся.
Он видел также, что ни различие в абсолютном весе, ни разный удельный вес шаров не вызывали заметного изменения — все шары, лишь бы они были на нитях равной длины от их центров до точек подвеса, сохраняли достаточно постоянно равенство (времени) прохождения по всяким дугам; лишь бы не был взят легчайший материал, движению которого в воздухе легче препятствовать, так что оно быстрее сводится к покою.
При фиксированной длине период колебаний маятника не зависит от их амплитуды.
Поучительно, как Галилей следил за временем: при помощи музыки и пульса (кажется, на этот способ первым указал Кардано). Нам, людям XX века, привыкшим к ручным часам, не следует забывать об этих трудностях.
Достаточно точные часы были сконструированы как раз на основе открытого Галилеем свойства маятника. Кстати, в своих лабораторных экспериментах Галилей пользовался для измерения времени одним из вариантов водяных часов.
Упругий маятник позволил уменьшить конструкцию часов сразу до наручных.
Приинцип маятника лёг в основу создания одних из самых точных приборов по измерению времени.
Точный хронометр позволил правильно определять долготы, поэтому в отличие от карты 1492 года
. карты наконец стали похожи на тепершние.
Кварцевый механизм
С середины 20 века был изобретён кварцевый механизм электронных часов.
Теперь такие часы есть везде, как от платы на компьютере, так и в любом сотовом телефоне.
С появлением электронных часов было выяснено, что Земля вращается неравномерно, к примеру, на неё влияет даже одномоментный сброс листвы деревьев лиственных пород осенью!
С 1967 года время создают физики:
К чему такая точность?
Такая точность нужна, к примеру, для навигаторов GPS и Глонасс:
masterok
masterokМастерок.жж.рф
Хочу все знать
Это вроде бы и простые вопросы, но то ли не уделяешь им должного внимания, то ли они кажутся настолько простыми, что ты их быстро забываешь, но зачастую на них не знаешь что ответить.
Вот и вопросы про 24 часа в сутках, календаре и т.п. Я помню, как я в детстве задавался вопросом, почему в часе 60 минут и в минуте 60 секунд, а не сто. Это же было бы логичнее и удобнее. А вы помните вы почему в часе именно 60 минут?
Все дело в наследии, которое осталось нам от двух великих цивилизаций древности – Египта и Междуречья. Египтяне положили в основу своего счисления не число 10, как мы, а 12.
Зарождение различных систем счета происходило от того, что именно начинали считать, брали за основу, различные народы. Кто-то считал пальцы на обеих руках и получил десятеричную систему исчисления, кто-то считал пальцы на одной руке и получил систему исчисления кратную пяти. А кто-то взял за основу число фаланг на четырех пальцах, за исключением большого и получил 12
Вот и время на промежутки они делили по двенадцатиричной системе. Опираясь на свои религиозные представления, подданные фараонов считали день и ночь двумя различными царствами бытия. Понятия суток еще не было, а потому на 12 частей делился день, и на 12 – ночь. То есть, поначалу длительность этих «часов» зависела от продолжительности дня и ночи на конкретную дату и лишь в дни равноденствия каждая из 24 частей суток имела одинаковую длительность.
Проще всего разделить время на день и ночь – правая и левая руки, т. к. их чередование наиболее заметно. Теперь, каждый временной промежуток разделим на равные части. Для этого будем использовать большие пальцы обеих рук. Сосчитаем ими фаланги на свободных пальцах. Получается 12 на правой руке и 12 на левой, т. е. 12 часов светлого времени и 12 часов тёмного, а вместе – 24часа, т. е. сутки
Вавилоняне прослыли еще более искусными математиками, но только их счет основывался уже не на 12, а на 60. Шестидесятеричная система пережила великие государства Междуречья и пришлась весьма кстати древним грекам. Ученые античности создали на основе числа 60 систему географических координат. Круг поделили на 360 градусов, каждый градус на 60 «первых мелких частей» (partes minutae primae), а каждую «первую мелкую» – еще на 60 «вторых мелких частей» (partes minutae secundae).
Теперь вы знаете, что слово «минута» происходит от латинского слова, которое обозначает «мелкий», а секунда – от латинского слова «второй». Столетиями самой маленькой единицей времени оставался час. И лишь когда появились часы, с помощью которых можно было отмерять более мелкие градации времени, из географии и геометрии позаимствовали минуты и секунды. Вместе с обожаемым вавилонянами числом 60.
Древние заметили это по звёздам, появился Зодиакальный цикл. Полный оборот крупнейшей в Солнечной системе планеты Юпитер вокруг Солнца составляет 12 лет, а это уже Восточный календарь с его 12 животными. Октава содержит 12 клавиш. Ещё много чего интересного, связанного с числом 12, можно найти, если возникнет интерес. Например, из всего многообразия геометрических фигур, существует всего 5 правильных многогранников, и главным, по мнению Платона, был Додекаэдр (двенадцатигранник), который олицетворял Вселенную. Теперь посмотрим на циферблат. 12 цифр, расположенных по кругу, уже не должны вызывать вопросы. 60 кратно 12, а 100 нет.
Если 5 раз сосчитать до 12, то получим 60! Поэтому на циферблате промежутки времени равные 5 минутам расположены напротив 12 цифр, а в часе 60 минут. И в каждой минуте 60, а не 100 секунд по той же причине – ритм времени напрямую связан со Вселенной и с числом 12.
10 способов измерить время
Древние люди обратились к природе для создания первого хронометража. Люди начали отслеживать движение Солнца по небу, а затем стали использовать предметы для измерения изменений. Египтяне, как предполагается, были первыми, которые создали хронометраж науки. В 3500 году до н.э. они соорудили обелиски и расположили их в стратегически важных местах, где в определенное время «приборы» отбрасывали тени. На первый взгляд, эти обелиски могли отметить только время прихода полдня, но затем они стали делать более глубокие подразделения.
Две тысячи лет спустя, египтяне разработали первые солнечные часы, «циферблат» которых был разделен на 10 частей. Солнечные часы работали, отслеживая движение солнца. Когда часы показывали полдень, необходимо было передвинуть стрелку часов на 180 градусов для того, чтобы измерить послеобеденное время. Конечно, древние солнечные часы не могли определить точное время в пасмурный день или в ночной период времени. Кроме того, время, показываемое солнечными часами, было неточным, поскольку в разные времена года часы были короче или длиннее в зависимости от сезона. Тем не менее, солнечные часы были лучше, чем ничего, а к 30 году до н.э. более 30 различных видов часов использовались в Греции, Италии и Малой Азии. Даже сегодня солнце лежит в основе нашей системы хронометража. Мы создали часовые пояса планеты для того, чтобы имитировать вращение Земли вокруг Солнца.
Древние египтяне, как полагается, разработали первый способ определения времени ночью, изобретя первый астрономический инструмент «меркхет» в приблизительно 600 году до н.э. Инструмент представляет собой натянутую нить с весом, которая работает также, как плотник сегодня использует отвес.
Египетские астрономы использовали два меркхета, ориентированных на Полярную звезду для того, чтобы выявить небесный меридиан в ночном небе. Время же отсчитывалось по принципу пересечения звездами этого меридиана.
Звезды использовались не только для того, чтобы отметить прохождение часов, но и прохождение дней. Это измерение вращения Земли называется звездным временем.
Когда определенная воображаемая точка среди звезд пересекает небесный меридиан, то этот момент обозначается как звездный полдень. Время, которое прошло от одного звездного полдня к другому, называется звездными сутками.
Происхождение песочных часов уходит далеко вглубь веков. Они состоят из двух стеклянных колб, одна поверх другой с узким отверстием между ними. Песок постепенно попадает из верхней части в нижнюю при переворачивании часов. Когда весь песок из верхней части перешел в нижнюю, то это означает, что время вышло, однако, это не всегда означает, что прошел час.
Песочные часы могут быть сделаны таким образом, чтобы измерить практически любой короткий промежуток времени, для этого нужно всего лишь регулировать количество содержащегося песка в нем, или же отверстие между колбами.
Водяные часы, известные как «клепсидра», были одним из первых устройств, которое для измерения времени не использовало солнце или звезды, то есть ими можно было пользоваться в любое время суток.
Водяные часы работают путем измерения количества воды, которое капает из одного контейнера в другой. Они были изобретены в Египте, но распространились по всему древнему миру, а в некоторых странах люди даже в 20 веке пользовались водяными часами.
Древние греки и римляне строили большие водяные часы в виде башен, а в Китае такие часы назывались «Лу» и зачастую были сделаны из бронзы. Однако, несмотря на то, что водяные часы были очень распространены, они были не совсем точны.
В Европе в 1300-х годах изобретатели начали делать механические часы, которые работали при помощи системы весов и пружин. У этих первых часов не было лицевой части и стрелок, а о прохождении часа свидетельствовал звонок. На самом деле, слово часы происходит от французского «колокольчик». Эти огромные первые часы, как правило, устанавливались в церквях и монастырях, для того, чтобы объявлять о времени прихода необходимости помолиться.
Вскоре появились часы с двумя стрелками, минутной и часовой. Позднее стали появляться настольные и каминные часы. Несмотря на то, что часы были усовершенствованными, они, все же, были неточными. В 1714 году британский парламент предложил хорошее вознаграждение тому, кто сможет разработать точные часы, которые помогали бы работе морской навигации. В итоге такие часы были изобретены, их погрешность составляла всего пять секунд. С приходом промышленной революции, началось массовое производство часов, благодаря чему эту устройство попало в дом каждому человеку.
Когда мы думаем о часах, мы, как правило, представляем себе знакомый циферблат с двумя, а, возможно, с тремя стрелками. На протяжении многих веков люди создавали всевозможные конструкции для того, чтобы определить время. Китайцы в период между 960 и 1279 годами изобрели ладановые часы, а затем они распространились во всей Восточной Азии. В одном из видов ладановых часов, металлические шарики были прикреплены к благовонию при помощи проволоки. Когда ладан догорал, металлический шарик падал и звучал гонг, что свидетельствовало о прохождении часа.
Другие часы использовали в своей работе цвет, а некоторые – различные ароматы для обозначения разных периодов времени. Существовали также часы, сделанные из маркированной свечи, когда свеча догорала до определенной отметки, то проходил заданный период времени.
Открытие в 1400-х годах того, что спиральные источники могут быть уменьшены в размерах, привело к тому, что были созданы наручные часы. В то время и на протяжении многих веков после этого, карманные часы были приоритетом мужчин, женщины же носили наручные часы. Все эти правила моды изменились во время Второй Мировой войны, и в итоге с тех пор, наручные часы начали носить и мужчины. Дарение часов символизировало переход к зрелости.
Однако, по мере развития 21 века, вездесущие наручные часы, могут постепенно кануть в лету, поскольку сейчас мы чаще всего проверяем время, глядя на монитор компьютера, мобильного телефона или дисплея МР3-плеера. Однако, все же неформальный опрос нескольких тысяч людей показал, что большинство из них не собираются отказываться от своих наручных часов.
Минеральный кварц, как правило, с помощью аккумулятора, является основной движущей силой кварцевых часов.
Кварц является пьезоэлектрическим материалом, а это означает, что когда кристалл кварца сжат, он генерирует небольшой силы электрический ток, который способствует вибрации кристалла. Все кристаллы кварца вибрируют на одной и той же частоте.
Кварцевые часы используют батарейку для создания кристальной вибрации и для подсчета колебаний. Таким образом, система работает так, что создается один импульс в секунду. Кварцевые часы по-прежнему доминируют на рынке из-за своей точности и низкой стоимости производства.
Хотя название звучит достаточно устрашающе, на самом деле, атомные часы не представляют собой никакой опасности. Они измеряют время, отслеживая как долго один атом переходит с положительного на отрицательное энергетическое состояние и обратно.
Официальный временной стандарт для Соединенных Штатов устанавливается NIST F-1, атомные часы Национального института науки и технологии в городе Боулдер (штат Колорадо). NIST F-1 являются фонтанными часами, названными в честь атомного движения. Ученые вводят газ цезий в вакуумный центр часов, а затем добавляют прямые инфракрасные лазерные лучи под углом в 90 градусов. Сила лазера собирает все атомы в одном месте, на которое в большой силой воздействует заполненная микроволнами область. Ученые измеряют количество атомов, которые оказываются в измененном состоянии, а также управляют микроволнами, задавая им разные частоты до тех пор, пока большая часть атомов не изменит свое состояние. В итоге, последняя частота, при которой меняются атомы, и есть частота колебаний атомов цезия, равняющаяся секунде. Это звучит довольно сложно, однако, данная технология является мировым стандартом измерения времени.
Атомные часы отслеживают самые незначительные изменения времени.
Как мы видели, фактический подсчет минут и секунд требует проведения достаточно сложных процедур, но подсчет дней и месяцев основан на положении солнца и луны. Различные культуры, однако, используют разные методы.
Христианский, или григорианский календарь, один из наиболее популярных сегодня, опирается на солнце. Исламский календарь использует фазы луны, еврейские и китайские календари полагаются на сочетание обоих этих методов.
В григорианском календаре, день – это время, прошедшее от одного восхода солнца до следующего, или же один полный оборот Земли вокруг своей оси. Месяц, по григорианскому календарю, это приблизительно 29,5 дней, что является одним полным циклом фаз Луны, а год – это 364,24 дня, или время, необходимое для того, чтобы Земля сделала полный круг по орбите Солнца.