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Este artículo trata sobre la unidad de tiempo del reloj. Para otros usos, consulte Segundo (desambiguación) .

segundo
Reloj-péndulo.gif
El escape de un reloj gobernado por péndulo , marcando cada segundo
Información general
Unidad de sistemaUnidad base SI
Unidad deHora
Símbolos

El segundo (símbolo: s , abreviatura: sec ) es la unidad base de tiempo en el Sistema Internacional de Unidades (SI) ( francés : Système International d'unités ), comúnmente entendido e históricamente definido como 1 ⁄ 86400 de un día - este factor derivado de la división del día primero en 24 horas , luego en 60 minutos y finalmente en 60 segundos cada uno. Relojes analógicos y relojesa menudo tienen sesenta marcas en sus caras, que representan segundos (y minutos), y una "manecilla de segundos" para marcar el paso del tiempo en segundos. Los relojes digitales y los relojes suelen tener un contador de segundos de dos dígitos. El segundo también es parte de varias otras unidades de medida como metros por segundo para la velocidad , metros por segundo por segundo para la aceleración y ciclos por segundo para la frecuencia .

Aunque la definición histórica de la unidad se basó en esta división del ciclo de rotación de la Tierra, la definición formal en el Sistema Internacional de Unidades ( SI ) es un cronometrador mucho más estable:

El segundo se define como igual a la duración de tiempo de 9 192 631 770 periodos de la radiación correspondiente a la transición entre los dos niveles hiperfinos de la imperturbable fundamental estado fundamental del cesio-133 átomo. [1] [2]

Debido a que la rotación de la Tierra varía y también se ralentiza ligeramente, se agrega periódicamente un segundo intercalar a la hora del reloj [nb 1] para mantener los relojes sincronizados con la rotación de la Tierra.

Los múltiplos de segundos generalmente se cuentan en horas y minutos. Las fracciones de segundo generalmente se cuentan en décimas o centésimas. En el trabajo científico, las fracciones pequeñas de un segundo se cuentan en milisegundos (milésimas), microsegundos (millonésimas), nanosegundos (mil millonésimas) y, a veces, unidades más pequeñas de un segundo. Una experiencia diaria con pequeñas fracciones de segundo es un microprocesador de 1 gigahercio que tiene un tiempo de ciclo de 1 nanosegundo. Las velocidades de obturación de la cámara a menudo se expresan en fracciones de segundo, como 1 ⁄ 30 de segundo o 1 ⁄ 1000 de segundo.

Las divisiones sexagesimales del día de un calendario basado en la observación astronómica han existido desde el tercer milenio antes de Cristo, aunque no eran segundos como los conocemos hoy. [ cita requerida ] Las pequeñas divisiones de tiempo no se podían medir en ese entonces, por lo que tales divisiones se derivaron matemáticamente. Los primeros cronometradores que podían contar los segundos con precisión fueron los relojes de péndulo inventados en el siglo XVII. A partir de la década de 1950, los relojes atómicos se convirtieron en mejores cronometradores que la rotación de la Tierra, y continúan marcando el estándar en la actualidad.

Relojes y hora solar [ editar ]

Un reloj mecánico, que no depende de la medición de la posición de rotación relativa de la Tierra, mantiene un tiempo uniforme llamado tiempo medio , dentro de la precisión que le sea intrínseca. Eso significa que cada segundo, minuto y cualquier otra división de tiempo contada por el reloj tendrá la misma duración que cualquier otra división de tiempo idéntica. Pero un reloj de sol que mide la posición relativa del sol en el cielo llamado tiempo aparente, no mantiene el tiempo uniforme. El tiempo registrado por un reloj de sol varía según la época del año, lo que significa que los segundos, los minutos y cualquier otra división de tiempo tienen una duración diferente en diferentes épocas del año. La hora del día medida con el tiempo medio frente al tiempo aparente puede diferir hasta en 15 minutos, pero un solo día diferirá del siguiente solo en una pequeña cantidad; 15 minutos es una diferencia acumulativa durante una parte del año. El efecto se debe principalmente a la oblicuidad del eje de la Tierra con respecto a su órbita alrededor del sol.

La diferencia entre el tiempo solar aparente y el tiempo medio fue reconocida por los astrónomos desde la antigüedad, pero antes de la invención de relojes mecánicos precisos a mediados del siglo XVII, los relojes de sol eran los únicos relojes confiables, y el tiempo solar aparente era el único estándar generalmente aceptado.

Eventos y unidades de tiempo en segundos [ editar ]

Las fracciones de segundo generalmente se indican en notación decimal, por ejemplo, 2.01 segundos o dos centésimas de segundo. Los múltiplos de segundos generalmente se expresan como minutos y segundos, u horas, minutos y segundos de la hora del reloj, separados por dos puntos, como 11:23:24 o 45:23 (esta última notación puede dar lugar a ambigüedad, porque la misma la notación se usa para denotar horas y minutos). Rara vez tiene sentido expresar períodos de tiempo más largos, como horas o días, en segundos, porque son números extrañamente grandes. Para la unidad métrica de segundo, hay prefijos decimales que representan 10-24 a 10 24 segundos.

Algunas unidades comunes de tiempo en segundos son: un minuto es 60 segundos; una hora son 3.600 segundos; un día es 86.400 segundos; una semana son 604,800 segundos; un año (excepto los años bisiestos ) es 31,536,000 segundos; y un siglo ( gregoriano ) promedia 3.155.695.200 segundos; con todo lo anterior excluyendo cualquier posible segundo intercalar .

Algunos eventos comunes en segundos son: una piedra cae a unos 4,9 metros del reposo en un segundo; un péndulo de aproximadamente un metro de largo tiene una oscilación de un segundo, por lo que los relojes de péndulo tienen péndulos de aproximadamente un metro de largo; los velocistas humanos más rápidos corren 10 metros por segundo; una ola del océano en aguas profundas viaja unos 23 metros en un segundo; el sonido viaja unos 343 metros en un segundo en el aire; la luz tarda 1,3 segundos en llegar a la Tierra desde la superficie de la Luna, una distancia de 384.400 kilómetros.

Otras unidades que incorporan segundos [ editar ]

Un segundo es parte de otras unidades, como la frecuencia medida en hercios (segundos inversos o segundo −1), velocidad (metros por segundo) y aceleración (metros por segundo al cuadrado). La unidad del sistema métrico becquerel, una medida de la desintegración radiactiva, se mide en segundos inversos. El metro se define en términos de la velocidad de la luz y el segundo; las definiciones de las unidades métricas base kilogramo, amperio, kelvin y candela también dependen del segundo. La única unidad base cuya definición no depende de la segunda es el mol. De las 22 unidades derivadas del SI nombradas, solo dos (radianes y estereorradián) no dependen de la segunda. Muchas unidades derivadas para cosas cotidianas se informan en términos de unidades de tiempo más grandes, no segundos, como el tiempo del reloj en horas y minutos, la velocidad de un automóvil en kilómetros por hora o millas por hora, kilovatios hora de uso de electricidad y velocidad de un plato giratorio en rotaciones por minuto.

Normas de cronometraje [ editar ]

Un conjunto de relojes atómicos en todo el mundo mantiene la hora por consenso: los relojes "votan" sobre la hora correcta, y todos los relojes de votación están dirigidos para estar de acuerdo con el consenso, que se denomina Hora Atómica Internacional (TAI). TAI "marca" segundos atómicos. [3]

El tiempo civil se define de acuerdo con la rotación de la Tierra. El estándar internacional para la hora normal es la hora universal coordinada (UTC). Esta escala de tiempo "marca" los mismos segundos atómicos que TAI, pero inserta u omite los segundos intercalares según sea necesario para corregir las variaciones en la velocidad de rotación de la Tierra. [4]

Una escala de tiempo en la que los segundos no son exactamente iguales a los segundos atómicos es UT1, una forma de tiempo universal . UT1 se define por la rotación de la Tierra con respecto al sol y no contiene segundos intercalares. [5] UT1 siempre difiere de UTC en menos de un segundo.

Reloj de celosía óptica [ editar ]

Artículo principal: Reloj atómico § Relojes ópticos

Si bien aún no forman parte de ningún estándar de cronometraje, ahora existen relojes de celosía óptica con frecuencias en el espectro de luz visible y son los cronometradores más precisos de todos. Un reloj de estroncio con una frecuencia de 430  THz , en el rango rojo de la luz visible, ahora tiene el récord de precisión: ganará o perderá menos de un segundo en 15 mil millones de años, que es más largo que la edad estimada del universo. Dicho reloj puede medir un cambio en su elevación de tan solo 2 cm por el cambio en su velocidad debido a la dilatación del tiempo gravitacional . [6]

Historia de la definición [ editar ]

Ver también: Historia del cronometraje

Solo ha habido tres definiciones del segundo: como una fracción del día, como una fracción de un año extrapolado y como la frecuencia de microondas de un reloj atómico de cesio , y han realizado una división sexagesimal del día desde la astronomía antigua. calendarios.

Divisiones sexagesimales de la hora y el día del calendario [ editar ]

Civilizaciones en el período clásico y divisiones del calendario creadas anteriormente, así como arcos que usaban un sistema de conteo sexagesimal, por lo que en ese momento el segundo era una subdivisión sexagesimal del día (segundo antiguo  = día/60 × 60), no de la hora como el segundo moderno (= hora/60 × 60). Los relojes de sol y de agua se encontraban entre los primeros dispositivos de cronometraje, y las unidades de tiempo se medían en grados de arco. También se utilizaron unidades conceptuales de tiempo más pequeñas que las realizables en los relojes de sol.

Hay referencias al "segundo" como parte de un mes lunar en los escritos de los filósofos naturales de la Edad Media, que eran subdivisiones matemáticas que no podían medirse mecánicamente. [nb 2] [nb 3]

Fracción del día solar [ editar ]

Los primeros relojes mecánicos que aparecieron a partir del siglo XIV tenían pantallas que dividían la hora en mitades, tercios, cuartos y, a veces, incluso 12 partes, pero nunca en 60. De hecho, la hora no se dividía comúnmente en 60 minutos, ya que no era uniforme en duración. No era práctico para los cronometradores considerar los minutos hasta que aparecieron los primeros relojes mecánicos que mostraban minutos a fines del siglo XVI. Los relojes mecánicos mantuvieron la hora media , a diferencia de la hora aparente mostrada por los relojes de sol . En ese momento, las divisiones sexagesimales del tiempo estaban bien establecidas en Europa. [nb 4]

Los primeros relojes en mostrar los segundos aparecieron durante la última mitad del siglo XVI. El segundo se pudo medir con precisión con el desarrollo de los relojes mecánicos. El primer reloj accionado por resorte con segundero que marcaba los segundos es un reloj sin firmar que representa a Orfeo en la colección Fremersdorf, fechado entre 1560 y 1570. [9] : 417–418 [10] Durante el tercer cuarto del siglo XVI, Taqi al-Din construyó un reloj con marcas cada 1/5 de minuto. [11] En 1579, Jost Bürgi construyó un reloj para Guillermo de Hesse que marcaba los segundos. [9] : 105 En 1581, Tycho Braherelojes rediseñados que habían mostrado solo minutos en su observatorio para que también mostraran segundos, a pesar de que esos segundos no eran precisos. En 1587, Tycho se quejó de que sus cuatro relojes diferían en más o menos cuatro segundos. [9] : 104

En 1656, el científico holandés Christiaan Huygens inventó el primer reloj de péndulo. Tenía una longitud de péndulo de poco menos de un metro que le daba una oscilación de un segundo y un escape que marcaba cada segundo. Fue el primer reloj que pudo medir el tiempo con precisión en segundos. En la década de 1730, 80 años después, los cronómetros marítimos de John Harrison podían mantener la hora con una precisión de un segundo en 100 días.

En 1832, Gauss propuso usar el segundo como la unidad base de tiempo en su sistema de unidades milímetro-miligramo-segundo . La Asociación Británica para el Avance de la Ciencia (BAAS) en 1862 declaró que "Todos los hombres de ciencia están de acuerdo en utilizar el segundo del tiempo solar medio como unidad de tiempo". [12] BAAS propuso formalmente el sistema CGS en 1874, aunque este sistema fue reemplazado gradualmente durante los siguientes 70 años por unidades MKS . Tanto el sistema CGS como el MKS utilizaron el mismo segundo como su unidad de tiempo base. MKS se adoptó internacionalmente durante la década de 1940, definiendo el segundo como 1 ⁄ 86,400 de un día solar medio.

Fracción de un año de efemérides [ editar ]

Ver también: tiempo de efemérides

En algún momento a fines de la década de 1940, los relojes osciladores de cristal de cuarzo con una frecuencia de operación de ~ 100 kHz avanzaron para mantener el tiempo con una precisión mejor que 1 parte en 10 8 durante un período de operación de un día. Se hizo evidente que un consenso de tales relojes mantenía un mejor tiempo que la rotación de la Tierra. Los metrólogos también sabían que la órbita de la Tierra alrededor del Sol (un año) era mucho más estable que la rotación de la Tierra. Esto llevó a propuestas ya en 1950 para definir el segundo como una fracción de año.

El movimiento de la Tierra se describió en las Tablas del Sol de Newcomb (1895), que proporcionó una fórmula para estimar el movimiento del Sol en relación con la época de 1900 basada en observaciones astronómicas realizadas entre 1750 y 1892. [13] Esto resultó en la adopción de un escala de tiempo de efemérides expresada en unidades del año sideral en esa época por la IAU en 1952. [14] Esta escala de tiempo extrapolada pone las posiciones observadas de los cuerpos celestes de acuerdo con las teorías dinámicas newtonianas de su movimiento. [13] En 1955, el año tropical, considerado más fundamental que el año sideral, fue elegido por la IAU como unidad de tiempo. El año tropical en la definición no se midió sino que se calculó a partir de una fórmula que describe un año tropical medio que disminuyó linealmente con el tiempo.

En 1956, el segundo se redefinió en términos de un año en relación con esa época . El segundo se definió así como "la fracción 1 ⁄ 31,556,925.9747 del año tropical para 1900 enero 0 a las 12 horas de tiempo de efemérides". [13] Esta definición fue adoptada como parte del Sistema Internacional de Unidades en 1960. [15]

Segundo "atómico" [ editar ]

Pero incluso los mejores relojes mecánicos, eléctricos motorizados y basados ​​en cristal de cuarzo desarrollan discrepancias de las condiciones ambientales. Mucho mejor para el cronometraje es la "vibración" natural y exacta en un átomo energizado. La frecuencia de vibración (es decir, radiación) es muy específica según el tipo de átomo y cómo se excita. [16] Desde 1967, el segundo se ha definido exactamente como "la duración de 9.192.631.770 períodos de radiación correspondientes a la transición entre los dos niveles hiperfinos del estado fundamental del átomo de cesio-133 " (a una temperatura de 0 K). Esta duración de un segundo se seleccionó para que se corresponda exactamente con la duración de la efemérides segundos previamente definida. Los relojes atómicos usan esa frecuencia para medir segundos contando ciclos por segundo a esa frecuencia. La radiación de este tipo es uno de los fenómenos más estables y reproducibles de la naturaleza. La generación actual de relojes atómicos tiene una precisión de un segundo en unos pocos cientos de millones de años.

Los relojes atómicos ahora establecen la duración de un segundo y el estándar de tiempo para el mundo. [17]

Múltiplos SI [ editar ]

Artículo principal: tiempo métrico

Los prefijos SI se usan comúnmente para tiempos inferiores a un segundo, pero rara vez para múltiplos de segundo. En cambio, se permite el uso de ciertas unidades que no pertenecen al SI en el SI : minutos , horas , días y en astronomía años julianos . [18]

Múltiplos SI por segundo (s)
SubmúltiplosMúltiplos
ValorSímbolo SINombreValorSímbolo SINombreLegible por humanos
10 −1 sdsdecisegundo10 1 sdasDecasegundo10 segundos
10 −2 scscentisegundo10 2 shshectosegundo1 minuto 40 segundos
10 −3 sSramilisegundo10 3 sKansaskilosegundo16 minutos 40 segundos
10 −6 sµsmicrosegundo10 6 sMilisegundomegasegundo11,6 días
10 −9 snsnanosegundo10 9 sGsgigasegundo31,7 años
10 -12 sPDpicosegundo10 12 sTsterasegundo31,700 años
10 -15 sfsfemtosegundo10 15 sPDpetasegundo31,7 millones de años
10 −18 scomoattosegundo10 18 sEsexasegundo31,7 mil millones de años
10 −21 szszeptosegundo10 21 sZszettasecond31,7 billones de años
10 −24 sysyoctosegundo10 24 sYsyottasecond31,7 billones de años

Ver también [ editar ]

  • Órdenes de magnitud (tiempo)
  • Péndulo de segundos
  • Estándar de tiempo

Notas [ editar ]

  1. ^ La hora del reloj (es decir, la hora civil ) se establece, directa o indirectamente, en la hora universal coordinada , que incluye los segundos intercalares. Otras escalas de tiempo se utilizan en campos científicos y técnicos que no contienen segundos intercalares.
  2. ↑ En 1000, elerudito persa al-Biruni , escribiendo en árabe, usó el término segundo y definió la división del tiempo entre lunas nuevas de ciertas semanas específicas como un número de días, horas, minutos, segundos, tercios y cuartos después mediodía del domingo. [7]
  3. ↑ En 1267, el científico inglés medieval Roger Bacon , escribiendo en latín, definió la división del tiempo entre lunas llenas como un número de horas, minutos, segundos, tercios y cuartos ( horae , minuta , secunda , tertia y quarta ) después mediodía en fechas específicas del calendario. [8]
  4. ^ Cabe señalar que 60 es el múltiplo más pequeño de los primeros 6 números de conteo. Entonces, un reloj con 60 divisiones tendría una marca para los tercios, cuartos, quintos, sextos y duodécimos (las horas); cualesquiera que sean las unidades en las que el reloj probablemente marque la hora, tendrán marcas.

Referencias [ editar ]

  1. ^ "Folleto de SI (2019)" (PDF) . Folleto SI . BIPM . pag. 130. Archivado (PDF) desde el original el 23 de mayo de 2019 . Consultado el 23 de mayo de 2019 .
  2. ^ Segundo . Diccionario del alumno Merriam Webster. Archivado desde el original el 25 de marzo de 2013 . Consultado el 24 de marzo de 2012 .
  3. ^ McCarthy, Dennis D .; Seidelmann, P. Kenneth (2009). Tiempo: de la rotación de la Tierra a la física atómica . Weinheim: Wiley. págs. 207–218.
  4. ^ McCarthy, Dennis D .; Seidelmann, P. Kenneth (2009). Tiempo: de la rotación de la Tierra a la física atómica . Weinheim: Wiley. págs. 16-17, 207.
  5. ^ McCarthy, Dennis D .; Seidelmann, P. Kenneth (2009). Tiempo: de la rotación de la Tierra a la física atómica . Weinheim: Wiley. págs. 68, 232.
  6. ^ Vincent, James. "El reloj más preciso jamás construido sólo pierde un segundo cada 15 mil millones de años" . TheVerge . Archivado desde el original el 27 de enero de 2018 . Consultado el 26 de enero de 2018 .
  7. ↑ Al-Biruni (1879) [1000]. La cronología de las naciones antiguas . Traducido por Sachau, C. Edward. págs. 147-149. Archivado desde el original el 16 de septiembre de 2019 . Consultado el 23 de febrero de 2016 .
  8. ^ Bacon, Roger (2000) [1267]. El Opus Majus de Roger Bacon . traducido por Robert Belle Burke. Prensa de la Universidad de Pennsylvania . tabla frente a la página 231. ISBN 978-1-85506-856-8.
  9. ↑ a b c Landes, David S. (1983). Revolución en el tiempo . Cambridge, Massachusetts: Harvard University Press. ISBN 0-674-76802-7.
  10. ^ Willsberger, Johann (1975). Relojes y relojes . Nueva York: Dial Press. ISBN 0-8037-4475-7. foto a color de página completa: cuarta página de pie de foto, tercera foto a partir de entonces (ni las páginas ni las fotos están numeradas).
  11. ^ Selin, Helaine (31 de julio de 1997). Enciclopedia de la historia de la ciencia, la tecnología y la medicina en las culturas no occidentales . Springer Science & Business Media. pag. 934. ISBN 978-0-7923-4066-9. Archivado desde el original el 20 de noviembre de 2016 . Consultado el 23 de febrero de 2016 .
  12. ^ Jenkin, Henry Charles Fleeming , ed. (1873). Informes del comité de normas eléctricas . Asociación Británica para el Avance de la Ciencia. pag. 90. Archivado desde el original el 20 de noviembre de 2016 . Consultado el 23 de febrero de 2016 .
  13. ^ a b c "Segundos bisiestos" . Departamento de Servicio de Tiempo, Observatorio Naval de los Estados Unidos . Archivado desde el original el 12 de marzo de 2015 . Consultado el 22 de noviembre de 2015 .
  14. ^ Oficinas de almanaque náutico del Reino Unido y los Estados Unidos de América (1961), Suplemento explicativo de las efemérides astronómicas y las efemérides americanas y el almanaque náutico , p. 9, ... tiempo definido de efemérides ... [fue] adoptado por la Unión Astronómica Internacional en septiembre de 1952.
  15. ^ "Folleto de SI (2006)" (PDF) . Folleto SI 8ª Edición . BIPM . pag. 112. Archivado (PDF) desde el original el 3 de mayo de 2019 . Consultado el 23 de mayo de 2019 .
  16. ^ McCarthy, Dennis D .; Seidelmann, P. Kenneth (2009). "Definición y rol de un segundo". Tiempo: de la rotación de la Tierra a la física atómica . Weinheim: Wiley.
  17. ^ McCarthy, Dennis D .; Seidelmann, P. Kenneth (2009). Tiempo: de la rotación de la Tierra a la física atómica . Weinheim: Wiley. págs. 231-232.
  18. ^ Unión Astronómica Internacional. "Recomendaciones relativas a las unidades" . Archivado desde el original el 16 de febrero de 2007 . Consultado el 18 de febrero de 2007 .Reimpreso del "Manual de estilo IAU" de GA Wilkinson, Comm. 5, en IAU Transactions XXB (1987).

Enlaces externos [ editar ]

  • Laboratorio Nacional de Física: estándares de frecuencia óptica de iones atrapados
  • Reloj óptico de iones de estroncio de alta precisión ; Laboratorio Nacional de Física (2005)
  • Consejo Nacional de Investigación de Canadá: estándar de frecuencia óptica basado en un solo ion atrapado
  • NIST: Definición del segundo ; observe que el átomo de cesio debe estar en su estado fundamental a 0 K
  • Definición oficial del BIPM del segundo
  • El segundo bisiesto: su historia y posible futuro
  • ¿Qué es un reloj atómico de cesio?
  • Precisión del tiempo - Astronoo
  • SLAC: Escalas de tiempo: nuestro universo de 10 ^ 18 a 10 ^ -18 segundos