Kievuz

ВРЕМЯ И ЕГО ИЗМЕРЕНИЕ

Физика для чайников: что такое время

ВРЕМЯ И ЕГО ИЗМЕРЕНИЕ

Попробуйте сходу дать точное определение: что такое время? Мысль вертится вокруг этого понятия, пытается ухватиться, но вот сформулировать однозначное определение сложно. Есть разные концепции и трактовки времени в философии, физике, метрологии.

В классической механике и теории относительности используются совершенно разные концепции времени. В первом случае время характеризует последовательность событий, происходящих в трехмерном пространстве. Во втором рассматривается еще и как четвертая координата.

Но обо всем по порядку. Давайте узнаем, как люди измеряли время, почему секунда – его мельчайшая принятая единица. Также определим понятие времени в физике, рассмотрим явления релятивистского и гравитационного замедления времени.

Что такое время?

Течение времени – совершенно естественное явление. Время идет, все вокруг меняется, происходят разные события. Именно поэтому о времени с точки зрения физики, в первую очередь, стоит говорить в контексте событий.

Если бы вокруг ничего не происходило, понятие времени не имело бы традиционного смысла. Другими словами, без событий времени не существует. Итак:

Время – мера того, как меняется окружающий мир. Время определяет длительность существования объектов, изменение их состояний и процессы, протекающие в них.

В системе СИ время измеряется в секундах и обозначается буквой t.

Как люди измеряли время?

Для измерения времени нужны какие-либо повторяющиеся с одинаковым периодом события. Например, смена дня и ночи. Солнце каждый день встает на востоке и садится на западе, а Луна каждый синодический месяц проходит весь цикл фаз освещенности солнцем – от тоненького серпа полумесяца до полнолуния.

Синодический месяц – время от одного новолуния до другого. За синодический месяц Луна совершает оборот вокруг Земли.

Древним людям ничего не оставалось, как привязать отсчет времени к движению небесных тел и событиям, связанным с ним. А именно – к смене дней, ночей и сезонов года.

В году 4 сезона и 12 месяцев. Именно столько раз за весну, лето, осень и зиму Луна меняет свои фазы.

По мере развития прогресса методы измерения времени совершенствовались, появились солнечные, водяные, песочные, огненные, механические, электронные и, наконец, молекулярные часы.

Часы FOCS 1Часы FOCS 1 в Швейцарии измеряют время с погрешностью хода около одной секунды за 30 миллионов лет. Это очень точные часы, но через 30 миллионов лет их все же придется “подвести”.

Почему в часе 60 минут, в минуте – 60 секунд, а в сутках – 24 часа?

Сразу оговоримся, что изложенное ниже во многом является личными предположениями автора, сделанными на основе исторических сведений. Если у наших читателей появятся уточнения или вопросы, мы будем рады видеть их в обсуждениях.

Древним народам нужна была какая-то основа, чтобы строить свои системы счисления. В Вавилоне за такую основу было взято число 60

Именно благодаря шестидесятеричной системе счисления, придуманной шумерами и позже распространившейся в Древнем Вавилоне, окружность содержит 360 градусов, градус – 60 минут, а минута – 60 секунд.

Год можно представить в виде окружности, содержащей 360 градусов.

Возможно, число 360 в данном контексте взялось оттого, что в году 365 дней, и эту цифру просто округлили до 360.

Когда-то самой короткой единицей измерения времени был час. Древние вавилоняне были сильными математиками и решили ввести меньшие единицы времени, используя свое любимое число 60. Поэтому, в часе 60 минут, а в минуте 60 секунд.

Но почему день делится на 12 часов? За это нужно сказать спасибо древним египтянам и их двенадцатиричной системе.  День и ночь делились на 12 раных частей, считаясь разными царствами бытия. Скорее всего, первоначально использование числа 12 связано с количеством оборотов Луны вокруг Земли за год.

Самая большая единица измерения времени

Самая большая единица измерения времени – кальпа.  Кальпа является понятием из индуизма и буддизма. Она равняется примерно 4,32 миллиардам лет, что совпадает с возрастом Земли с точностью до 5%.

Как в голову древним индуистам пришли такие цифры? Ответа на этот вопрос мы не знаем, но вся система как будто говорит нам, что тогда люди знали о Вселенной немного больше, чем мы.

Представление о времени

Кальпу в индуизме еще называют «днем Брахмы». День сменяется ночью, равной ему по продолжительности. 30 дней и ночей составляют месяц, а год  состоит из 12 месяцев. Вся жизнь Брахмы – 100 лет, по прошествии которых мир погибает вместе с ним.

Если перевести сто лет Брахмы в наши традиционные годы, получится 311 триллионов и 40 миллиардов лет! Нынешнему Брахме 51 год.

Вывод: если все это правда, то беспокоится не стоит – Вселенная будет существовать еще долгое время.

Кальпа – самая большая единица измерения времени согласно книге рекордов Гиннеса.

Первые часы

Сначала было достаточно палочки, на которой каменным топором можно делать зарубки и тем самым отсчитывать прошедшие дни. Но это скорее был календарь, а не часы.

Первые и самые древние часы – солнечные. Их действие основано на изменении длины тени предметов по мере того, как солнце движется по небосводу.  Такие часы представляли собой гномон – длинный шест, воткнутый в землю.  Солнечные часы применялись в Древнем Египте и Китае. О них было доподлинно известно уже в 1200 году до нашей эры.

Солнечные часы в Китае

Затем появились водяные, песочные и огненные часы. Работа этих механизмов не была привязана к движению небесных светил. Долгое время водяные часы были главным инструментом для измерения времени.

Первые механические часы были изготовлены китайскими мастерами в 725 году нашей эры. Однако широкое распространение они получили относительно недавно.

В средневековой Европе механические часы устанавливались в башнях соборов и имели только одну стрелку – часовую. Карманные часы появились только в 1675 году (изобретение запатентовал Гюйгенс), а наручные – намного позже.

Первые наручные часы были исключительно женским аксессуаром. Они представляли собой богато украшенные изделия, точность хода которых отличалась огромными погрешностями. У уважающего себя мужчины не могло быть и мысли о том, чтобы носить наручные часы.

Современные часы

Сейчас механические или электронные часы есть у каждого. Они измеряют время с относительно небольшими погрешностями.  Однако самыми точными часами в мире являются атомные часы. Их еще называют молекулярными или квантовыми.

Биг Бен – знаменитые башенные часы

Как мы помним, для определения единицы времени необходим какой-то периодический процесс. Когда-то самой короткой единицей был день. То есть единица измерения время была привязана к периодичности восхода и заката солнца. Потом минимальной единицей стал час, и так далее.

С 1967 года, согласно международной системе СИ, определение одной секунды привязано к периоду электромагнитного излучения, возникающего при переходе между сверхтонкими уровнями основного состояния атома Цезия-133. А именно: одна секунда равна 9 192 631 770 таким периодам.

Время в физике

На данный момент не существует определенной и единой концепции определения времени в физике.

В классической механике время считается  непрерывной, априорной и ничем не определяемой характеристикой мира.

Для измерения времени используется какая-либо периодическая последовательность событий. В классической физике время инвариантно относительно любой системы отсчета. То есть во всех системах события происходят одновременно.

Как найти время в физике? Простейшая формула, определяющая связь между  пройденным путем, скоростью и временем, известна каждому школьнику и имеет вид:

Это формула времени для равномерного и прямолинейного движения. Здесь t – время, S – пройденное расстояние, v – cкорость.

Более подробно об основах классической механики читайте в нашей отдельной статье.

Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы

Термодинамика говорит, что время необратимо. Необратимо по причине возрастания энтропии замкнутой системы. Кстати, в нашем тематическом материале читайте о том, что такое энтропия.

Но самое интересное начинается в релятивистской физике. Приведем цитату Стивена Хокинга, физика, написавшего краткую историю времени.

Нам приходится принять, что время не отделено полностью от пространства и не независимо от него, но вместе с ним образует единый объект, который называется пространством-временем

Также в релятивистской физике время перестает быть инвариантом и можно говорить об относительности времени.  Другими словами, ход времени зависит от движения системы отсчета.

Это так называемое релятивистское замедление времени. Если часы находятся в неподвижной системе отсчета, то в движущемся теле все процессы происходят медленнее, чем в неподвижном. Именно поэтому космонавт, путешествующий в космосе на супер скоростном корабле, практически не постареет по сравнению со своим братом близнецом, оставшимся на Земле.

Релятивистское замедление времени

Помимо релятивистского существует гравитационное замедление времени. Что это такое? Гравитационное замедление времени – изменение хода часов в гравитационном поле. Чем сильнее поле гравитации, тем сильнее замедление.

Вспомним о том, что секунда – это время, за которое атом изотопа цезия совершает 9 192 631 770 квантовых переходов.  В зависимости от того, где находится атом (на земле, в космосе, вдали от любого объекта или у черной дыры) секунда будет иметь разные значения.

Поэтому и время процессов, связанных с данной системой отсчета, будет отличаться. Так, для наблюдателя у горизонта событий Шварцшильдовской черной дыры время практически остановится, а для наблюдателя на Земле все произойдет почти мгновенно.

Людей всегда волновала тема путешествий во времени. Предлагаем вам посмотреть научно-популярный фильм на эту тему и напоминаем, что если у вас совершенно нет времени на учебные дела, наш студенческий сервис всегда поможет справится с актуальными задачами и проблемами.

Источник: https://Zaochnik.ru/blog/fizika-dlya-chajnikov-chto-takoe-vremya/

Единицы измерения времени

ВРЕМЯ И ЕГО ИЗМЕРЕНИЕ
Подробности Категория: Измерение времени 07.11.2012 10:46 18113

Уже в глубокой древности возникла у людей потребность в измерении времени.

Сначала труд и отдых людей регулировался только естественной мерой времени – сутками. Сутки делили на две части: день и ночь. Потом выделились утро, полдень, вечер, полночь. Позже сутки разделили на 24 части – получился час.

Современные единицы измерения времени основаны на периодах обращения Земли вокруг своей оси и вокруг Солнца, а также обращения Луны вокруг Земли. Такой выбор единиц обусловлен как историческими, так и практическими соображениями: необходимостью согласовывать деятельность людей со сменой дня и ночи или сезонов.

Периодическая смена дня и ночи происходит вследствие вращения Земли вокруг своей оси. Но мы находимся на поверхности Земли и вместе с ней участвуем в этом вращении, поэтому и не ощущаем его, а судим о нем по суточному движению Солнца, звезд и других небесных тел.

Что такое сутки? Это промежуток времени между двумя последовательными верхними или нижними кульминациями центра Солнца на одном и том же географическом меридиане, равный периоду вращения Земли относительно Солнца. Это истинные солнечные сутки. Доли этих суток (часы, минуты, секунды) – истинное солнечное время.

Но измерять время истинными солнечными сутками неудобно, так как они в течение года меняют свою продолжительность: зимой длиннее, а летом короче. Почему? Как известно, Земля, кроме вращения вокруг своей оси, движется и по эллиптической орбите вокруг Солнца.

Ее движение по орбите происходит с переменной скоростью: вблизи перигелия ее скорость наибольшая, а вблизи афелия – наименьшая.

К тому же ось ее вращения наклонена к плоскости орбиты, что также является причиной неравномерности изменения прямого восхождения Солнца в течение года, а следовательно, и непостоянства продолжения истинных солнечных суток.

В связи с эти ввели понятие среднего солнца. Это воображаемая точка, которая в течение года совершает один полный оборот по небесному экватору, двигаясь с запада на восток и проходя точку весеннего равноденствия одновременно с Солнцем.

Промежуток времени между двумя последовательными верхними или нижними кульминациями среднего солнца на одном и том же географическом меридиане называется средними солнечными сутками, а время, выраженное в их долях (часах, минутах, секундах) – средним солнечным временем.

Сутки делятся на 2=12 часов.

Каждый час делится на 60 минут. Каждая минута — на 60 секунд.

Таким образом, в часе 3600 секунд; в сутках 24 часа = 1440 минут = 86 400 секунд.

Часы, минуты и секунды прочно вошли в наш обиход. Сейчас именно эти единицы (в первую очередь секунда) являются основными для измерения промежутков времени.

Секунда стала основной единицей измерения времени в СИ (Международная система единиц) и СГС (сантиметр-грамм-секунда) — система единиц измерения, которая широко использовалась до принятия международной системы единиц (СИ).

Для измерения интервалов времени часы, минуты и секунды не очень удобны, поскольку не используют десятичную систему счисления. Поэтому для измерения временны́х интервалов обычно используют только секунды.

Тем не менее, иногда используют и собственно часы, минуты и секунды. Так, продолжительность 50 000 с можно записать как 13 ч 53 мин 20 с.

Эталон времени

Но и длительность средних солнечных суток — величина непостоянная.

И хотя она изменяется совсем немного (увеличивается в результате приливов из-за действия притяжения Луны и Солнца в среднем на 0,0023 секунды в столетие за последние 2000 лет, а за последние 100 лет всего на 0,0014 секунды), этого достаточно для значительных искажений продолжительности секунды, если считать за секунду 1/86 400 часть продолжительности солнечных суток.

Сейчас нашли новое определение секунды. Создание атомных часов позволило получить новую шкалу времени, не зависящую от движения Земли. Эта шакала называется атомным временем. В 1967 г.

на Международной конференции по мерам и весам в качестве единицы меры времени была принята атомная секунда, определяемая как «время, равное 9192631770 периодам излучения соответствующего перехода между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133». Продолжительность атомной секунды выбрана так, чтобы она была максимально близка к продолжительности эфемеридной секунды (эфемеридное время – равномерно текущее время, которое мы подразумеваем в формулах и законах динамики при вычислении координат (эфемерид) небесных тел). Атомная секунда является одной из семи основных единиц Международной системы единиц (СИ).

Шкала атомного времени основывается на показаниях цезиевых атомных часов обсерваторий и лабораторий служб времени нескольких стран мира.

Измерение более длинных интервалов времени

Для измерения более длинных интервалов времени используются единицы измерения год, месяц и неделя, состоящие из целого числа солнечных суток. Год приблизительно равен периоду обращения Земли вокруг Солнца (примерно 365,25 суток), месяц — периоду полной смены фаз Луны (называемому синодическим месяцем, равным 29,53 суток).

В наиболее распространённом григорианском, а также в юлианском календаре за основу принят год, равный 365 суткам.

Так как тропический год не равен целому количеству солнечных суток(365,2422), для синхронизации календарных времён года с астрономическими в календаре используются високосные года, продолжительностью 366 дней. Год делится на двенадцать календарных месяцев разной продолжительности (от 28 до 31 дня).

Обычно на каждый календарный месяц выпадает по одному полнолунию, но так как фазы Луны сменяются немного быстрее, чем 12 раз в году, иногда случаются и вторые полнолуния за месяц, называемые голубой луной.

Неделя, обычно состоящая из 7 дней, не привязана к какому-либо астрономическому событию, однако широко используется как единица времени.

Можно считать, что недели формируют независимый календарь, используемый параллельно с различными другими календарями.

Предполагают, что продолжительность недели берет начало от округлённой до целого числа дней продолжительности одной из четырёх фаз Луны.

Ещё более крупные единицы времени — век (100 лет) и тысячелетие (1000 лет).

Другие единицы времени

Единица квартал равна трём месяцам (четверть года).

В сфере образования используется единица измерения времени академический час (45 минут), «четверть» (примерно ¼ учебного года), «триместр» (от лат. tri — три, mensis — месяц; приблизительно 3 месяца) и «семестр» (от лат. sex — шесть, mensis — месяц; приблизительно 6 месяцев), совпадающий с «полугодием».

Триместр используется также в акушерстве и гинекологии для указания сроков беременности =трём месяцам.

Олимпиада в античности использовалась как единица измерения времени и была равна 4 годам.

Индикт (индиктион), использовавшийся в Римской империи, позже в Византии, Древней Болгарии и Древней Руси, равен 15 годам.

Источник: http://ency.info/earth/izmereniye-vremeni/63-edinitsi-izmereniya-vremeni

Время и его изучение в физике (стр. 1 из 2)

ВРЕМЯ И ЕГО ИЗМЕРЕНИЕ

Реферат

“Время и его изучение в физике”

Введение

Если современному человеку задать вопрос о том, как течет время, то большинство людей уподобит это понятие некой реке, текущей только вперед, из прошлого в будущее. Но, например, древние греки полагали, что время не является бесконечной прямой, а соединяет конец с началом.

Взаимодействие бесконечных пространства и времени, оказывается, делает их не бесконечными, поскольку есть определенный предел.

А когда известному в древности любителю парадоксов Зенону Элейскому задали вопрос о том, как, по его мнению, движется время: по кругу или по прямой, прозвучал интересный ответ: «Никак, поскольку никакого движения нет».

Конечно, древние во многом ошибались. Но и сейчас современная наука вряд ли точно сможет ответить на все вопросы о времени, ключевой из которых «что такое время?». Но все же современная наука знает о сущности времени немало. Более того, даже известны некоторые виды «машин времени», издавна существующие в природе.

Как же они работают? Что же все-таки такое время? Как оно движется? Существует ли обратимость времени? Возможны ли путешествия во времени? Каково время во Вселенной? Обо всем этом и пойдет речь ниже.

Понятие времени и его измерение

Прежде всего, отметим, что время – понятие физическое, а потому тесно связано с конкретными законами физики. Например, согласно законам физики, период вращения Земли должен оставаться постоянным. Этот факт позволяет определить единицу измерения времени, называемую солнечными сутками.

Или, например, законы физики утверждают, что период колебания кварцевой пластинки в генераторе с кварцевой стабилизацией тоже можно применять для измерения времени, причем очень точно. Можно добиться еще более точного подсчета времени, если использовать частоты колебаний электронов в атомах.

Наиболее точными считаются атомные часы, основанные на частоте излучения атомов цезия-133.

В настоящее время используются три основные системы измерения времени. В основе каждой из них лежит конкретный физический периодический процесс: 1).вращение Земли вокруг своей оси, 2).обращение Земли вокруг Солнца и 3).излучение (или поглощение) электромагнитных волн атомами или молекулами некоторых веществ (например, того же цезия) при определенных условиях.

Чаще всего, в повседневной практике используют такую единицу измерения, как «среднее солнечное время», основой которой являются «средние солнечные сутки», которые, в свою очередь, делятся следующим образом: 1 средние солнечные сутки = 24 средним солнечным часам[1], 1 средний солнечный час = 60 средним солнечным минутам, 1 средняя солнечная минута = 60 средним солнечным секундам. Одни средние солнечные сутки содержат 86 400 средних солнечных секунд.

В то же время отметим, что основывая понятие времени на физических законах, мы не можем быть точно уверены в их абсолютной правильности.

Взгляды ученых на понятие времени

Время является одним из понятий, которое повсеместно применяется в физике. Развитие взгляда на понятие времени связано с именами нескольких известных ученых: Галилей, Ньютон и Эйнштейн. Начнем с Галилея.

Глубокие размышления о движении тел в природе привели его к принципу относительности, где все зависит от точки отсчета. Например, путешественник, находящийся в каюте плывущего корабля, может точно сказать, что книга на его столе в каюте находится в состоянии покоя.

Но в то же время человек на берегу видит, что корабль плывет, а потому книга внутри корабля также совершает движение вместе с кораблем. Галилею удалось выявить силу инерции, которая объединяет тела в абсолютном и относительном покое. Эта сила не проявляет себя, пока тело находится в состоянии покоя или в равномерном прямолинейном движении.

Но стоит чуть притормозить его, как начинает проявляться ускорение, а тело по инерции стремится восстановить утраченный покой.

С этой отправной точки отправился дальше Ньютон, родившийся в год смерти Галилея. Ньютон установил, что существует связь между силой и ускорением, но чтобы сделать эту связь полностью определенной пришлось ввести понятие массы тела. Тогда появился второй закон Ньютона, выражаемый формулой F=ma.

Первым законом был закон инерции[2], а третий – сила действия равна силе противодействия. Из этих законов и появилась классическая механика Ньютона. Но чтобы знать скорости и ускорения в этой механике, надо было знать время, в течение которого они действовали.

Механика не может существовать без времени, как геометрия без пространства.

Измерять времени было бы хорошо идеально точными часами, ход которых не зависел бы от какого либо движения, а потому нельзя определить, находятся они в покое или движутся. Такие часы принято называть инерциальными. Они смогли бы показывать некое абсолютное время, одинаковое для всей Вселенной.

Основываясь на трудах Ньютона и Галилея, А. Эйнштейн принялся исследовать Вселенную по своему разумению. Эйнштейн задавался вопросами, течет ли время одинаково везде и кто это контролирует.

Ответ помогла дать созданная им теория относительности, ядром которой стала аксиома о там, что в пустоте скорость света одинакова во всех ИСО. В вакууме же, рассуждал Эйнштейн, скорость света абсолютна, а значит, равна 300 000 км/с [3].

Кроме того, скорость света является предельно возможной скоростью в природе.

Из логических построений Эйнштейна последовали практические расчеты зависимости течения времени от скорости движения. В движущейся системе координат время замедляется по отношению к неподвижной системе в зависимости от близости скорости движения объекта к скорости света. Отсюда вытекает знаменитый парадокс близнецов.

Этот парадокс выглядит так. Представим себе двух братьев-близнецов.

Если один из близнецов отправится в возрасте, например, 20 лет в космическое путешествие к какой-либо звезде со скоростью света, то, пролетев, скажем, туда и обратно за 40 световых лет, он вернется через примерно 11 лет по корабельному времени.

На Земле же за это время пройдет примерно 80 лет! Поэтому тот из братьев, который отправился в путешествие к звезде окажется моложе своего брата почти на 80 лет! Почему, спросите вы? В этом и заключается одна из загадок времени.

Расстояние в космосе не случайно измеряется в световых годах. Световой год – это путь, который световой луч может преодолеть, пока на Земле пройдет год. Исходя из этого, можно точно сказать, что глядя на звезды в ночное небо мы видим их не такими, какие ни есть в настоящий момент, а такими, какими они были 40 и более световых лет назад[4].

Четырехмерное пространство и время Вселенной

Оказывается, математикам удобно пользоваться понятием четырехмерного пространства, где помимо длины, ширины и высоты присутствует еще одно направление – время. Да и мы сами зачастую прибегаем к этому четвертому направлению в повседневной практике.

Например, когда пешеход переходит дорогу, а мимо него по ней проезжает автомобиль, то три из четырех координат пространства совпадают, когда автомобиль, а затем человек (или наоборот) проходят через одну и ту же точку. Не совпадает лишь четвертая координата – время, поскольку кто-то из них – либо автомобиль, либо пешеход – должны перейти раньше через это место.

Отсюда следует интересный вывод: классическая физика «объединяет» пространство и время при помощи движения.

Есть и другой интересный вывод, исходящий из теории относительности Эйнштейна и знаний о скорости света. Как уже сказано выше, звезды мы можем видеть не такими, какие они есть в данный момент.

Свет распространяется не сразу, а за определенный, пусть и ничтожно малый промежуток времени, и потому воспринимается человеческим глазом тоже не сразу. Свет от лампы распространяется за сотую долю секунды, свет от солнца доходит до нас за восемь минут и т.д.

А ведь именно с помощью света мы можем видеть окружающий нас мир. Выходит, мы видим только то, что уже произошло, поскольку пока световые лучи донесут до глаза какую-то информацию, пройдет определенное время. Стало быть, мы живем в прошлом.

А раз мы видим прошлое, то время как одна из координат пространства может быть отрицательной. По сути, мы живем в прошлом.

А каково же тогда время во Вселенной? И есть ли там вообще время?

Долгое время считалось, что Вселенная статична и неизменна, а все тела в ней находятся в состоянии покоя.

Из созданной теории относительности Эйнштейн составил свою модель Вселенной. Одним из постулатов в его модели был постулат о том, что Вселенная однородна и пребывает в неизменном состоянии. Если, например, где-то погасла звезда, то на смену ей в другом месте появляется новая. Это также соответствовало классической механике Ньютона – Галилея.

Оказалось, однако, что это не так. Вселенная не статична, а наоборот, динамична. Вещество Вселенной, как показали формулы и математические выкладки Фридмана[5], должно либо расширяться, либо сжиматься.

Кроме того, не может Вселенная быть статичной и потому, что на все тела во Вселенной действует сила небесного тяготения, ничем не уравновешиваемая[6], а потому тела во Вселенной находятся в состоянии движения: планеты, звезды, галактики и т.д.

Значит, это движение можно измерять с помощью четырех мерной системы координат.

Таким образом, время во Вселенной есть, но движется оно неспешно. Проходят миллиарды и миллионы лет, пока становятся видны какие-то изменения.

Но если Вселенная имеет тенденцию к расширению (ведь давно установлено, что галактики в космосе отдаляются друг от друга), то где-то в далеком прошлом был момент, когда вся Вселенная была сжата в одну точку (это состояние называется «комической сингулярностью»).

Момент начала расширения Вселенной и есть начало отсчета времени в ней. Есть ли предел этого расширения? Ответ на этот вопрос мы вряд ли когда-нибудь узнаем. Хотя существует предположение, что время само по себе циклично, а значит все события повторяются.

Поэтому вполне вероятно, что в какой-то момент Вселенная начнет сжиматься в точку. Что при этом произойдет с Землей и с человечеством на ней, не знает никто.

Источник: https://mirznanii.com/a/322890/vremya-i-ego-izuchenie-v-fizike

Время и его измерение

ВРЕМЯ И ЕГО ИЗМЕРЕНИЕ

В основу измерения времени положены циклические, повторяющиеся процессы. В астрономии такими процессами являются обращение Земли вокруг Солнца (год), Луны вокруг Земли (месяц) и Земли вокруг своей оси (сутки).

Земля совершает один оборот вокруг Солнца за 365,2422 суток, а Луна вокруг Земли – за 29,53 суток. Такими большими единицами можно измерять только очень большие отрезки времени. Поэтому в основу измерения времени положен период обращения Земли вокруг своей оси — сутки и их дробные части: час, минута, секунда.

Звёздное время

Как любая другая шкала, шкала времени должна иметь начало отсчёта. За начало отсчёта удобно принять верхнюю кульминацию какой-либо неподвижной точки. За такую неподвижную точку принимают точку Овна.

Промежуток времени между двумя последовательными верхними кульминациями точки Овна на одном и том же меридиане называется звёздными сутками.

Звёздные сутки делятся на 24 звёздных часа, звёздный час делится на 60 звёздных минут, звёздная минута – на 60 звёздных секунд.

Период времени между верхней кульминацией точки Овна и данным физическим моментом называется звёздным временем. Звёздное время измеряется в звёздных часах, минутах и секундах и не имеет даты.

После кульминации точка Овна изменяет свой часовой угол строго пропорционально времени. За 24 звёздных часа часовой угол изменяется на 360°.

Поэтому звёздное время измеряется часовым углом точки Овна и может быть выражено и во временной, и в градусной мере. Например, звёздное время 5 часов или 75°. Обозначается звёздное время буквой S. Таким образом, S = t.

Звёздное время (часовой угол точки Овна) на каждый час гринвичского времени дано в МАЕ.

Звёздное время используется как промежуточный аргумент во многих задачах мореходной астрономии. По нему организовано наблюдение звёзд на астрономических обсерваториях, но наша жизнь организована на основе смены дня и ночи. Поэтому в основу измерения времени положено не звёздное, а солнечное время.

Среднее солнечное время

Исторически сложилось так, что за начало отсчета принята не верхняя, а нижняя кульминация Солнца (полночь).

Если бы кажущееся движение Солнца в течение года происходило равномерно, то продолжительность солнечных суток была бы одинаковой.

Но Земля по орбите вращается неравномерно, следовательно, и кажущееся движение Солнца среди звёзд также неравномерно. Зимой оно быстрее, летом – медленнее. Поэтому продолжительность суток зимой и летом разная.

Чтобы избежать этого, за начальную точку отсчета принимают нижнюю кульминацию, так называемого, среднего Солнца.

Среднее Солнце –это некая фиктивная точка на небесном экваторе, которая, как и истинное Солнце, проходит через точку Овна через каждые 365,2422 суток, перемещаясь при этом по небесному экватору на 59,14′ в сутки относительно точки Овна. Этим равномерным перемещением достигается постоянство средних солнечных суток в течение года.

Промежуток времени между двумя последовательными кульминациями среднего Солнца на данном меридиане называется средними солнечными сутками. Средние солнечные сутки делятся на 24 средних солнечных часа, 1 час делится на 60 средних солнечных минут, 1 средняя минута на 60 средних солнечных секунд.

Промежуток времени между нижней кульминацией среднего Солнца и данным моментом называется средним солнечным временем. Среднее солнечное время измеряется в средних солнечных часах, минутах и секундах.

В дальнейшем слово «солнечное» будем опускать и под средним временем будем подразумевать среднее солнечное время и обозначать его буквой Т.

Таким образом, шкалы всех измерителей времени оцифрованы в единицах среднего времени.

Отсчёт времени начинается с момента нижней кульминации среднего Солнца, т.е. с момента прохождения среднего Солнца меридиана наблюдателя. Следовательно, на каждом меридиане свой отсчёт времени.

Время на данном меридиане называется местным временем (Тм).

Чтобы каким-то образом согласовать часы, их устанавливают по какому-либо одному меридиану. Исторически сложилось так, что за такой меридиан принят меридиан Гринвичской обсерватории.

Время на гринвичском меридиане называется гринвичским средним или всемирным временем. Гринвичское и местное время связаны соотношением:

При переводе времени с одного меридиана на другой всегда следует руководствоваться следующим правилом: «к востоку времени больше».

На гринвичское среднее время рассчитаны эфемериды светил в МАЕ по нему отсчитывается время в спутниковых системах.

На судне Гринвичское время показывает хронометр или его можно получить с экрана  спутникового приёмоиндикатора.

Несмотря на удобство пользования единым временем, в повседневной жизни желательно пользоваться временем более близким к местному. Поэтому весь земной шар был разбит меридианами на 24 пояса, в которых все часы были установлены по времени центрального меридиана каждого пояса.

Среднее время центрального для данного пояса меридиана, по которому установлены все часы, называется поясным временем.

Оно обозначается ТП.Ширина пояса равна 15°. Местное время от поясного может отличаться не более, чем на 0,5 часа. Сказанное справедливо только на море. На суше границы поясов проходят по рекам, административным и государственным границам. Поэтому реальная ширина пояса может быть и меньше, и больше 15°. Существуют специальные карты часовых поясов.

Время двух соседних поясов отличается на 1 час по правилу «к востоку времени больше». Поясу, в котором центральным меридианом является гринвичский, присваивается нулевой номер. Его границы 7,5°Е и 7,5° W.

Первый восточный пояс имеет границы 7,5°Е и 22,5°Е . Его центральный меридиан – 15°Е.

И так далее до пояса №11. Аналогично идёт оцифровка для западных часовых поясов.

Двенадцатый пояс является общим. Если судно находится в восточном полушарии, он считается восточным, если в западном – считается западным.

Чтобы определить номер пояса, надо долготу разделить на 15 и округлить в сторону целого. Например, λ= 127°20′ Е, № = 8 Е;  λ = 127°40′ W; = 9W.

Гринвичское и поясное время связаны соотношениями:

Тп = Тгp±№ Еw1.8)

Тгp= Тп ±№wЕ                                 (1.9)

       С целью экономии электроэнергии во многих странах, в том числе и на Украине, в летний период поясное время увеличивают на 1 час. Такое время называется летним временем.

В России декретом Совнаркома в 1930 году было решено оставить летнее время круглый год. Такое время, увеличенное на 1 час, называется декретным временем и обозначается ТД.

Таким образом, Тд= Тп+1.

С 1980 года в России, помимо декретного, на летний период стали добавлять ещё один час.

В некоторых странах, например, в Индии, Иране, Индонезии и др., принято время, отличающееся от поясного на 30 минут. В других странах, например, в Либерии, Гвиане и др., вместо поясного используется местное время какого-либо пункта. Такое время, отличающееся от поясного на произвольный период, называется стандартным временем.

На картах часовых поясов указано стандартное время в таких странах. ALRS-V II

Судовое время

Время пояса, по которому установлены стрелки судовых часов с точностью до 1 минуты,называется судовым временем. Оно обозначается Тс.В море Тс.– это округлённое до минут ТП.Однако, в порту судовые часы могут быть установлены и по летнему, и по стандартному времени.

Гринвичское и судовое время связаны соотношениями:(1.10) и (1.11).

Тс=Тгр. ± № Еw                                                                       (1.10)

Тгр.= Тс   ± №wЕ                              (1.11)

Часто возникает необходимость по известному местному времени найти судовое. Такая задача решается «через Гринвич»: сначала долготой уходят на Гринвич, а затем номером пояса возвращаются на центральный меридиан пояса, т.е. на Тс.

На рис.1.13 показана схема такого перехода.

Решения на задач перевод времен, включая и простые, по формулам (1.6)- (1.11) необходимо, во избежание ошибок, выполнять в стандартных схемах, как это показано в примере 1.3.

Пример 1.3. В МАЕ 2002 года на 2 сентября указано местное время верхней кульминации Солнца 1Г 59м. Судно находится на долготе λ= 85°34′ Е. Рассчитать судовое время верхней кульминации Солнца.

Решение.С помощью прил. 13 к учебнику переводим градусную меру долготы во временную:

λ = 5Ч 42мЕ. Рассчитываем номер пояса: № = 6Е.

Дальнейшее решение выполняем в стандартной схеме.

Аналогично решается и обратная задача перехода от Тск Тм, только все знаки в схеме решения меняются на обратные.

Если задано время в каком-либо порту, а надо узнать время в другом порту, эта задача также решается «через Гринвич». С помощью карты часовых поясов узнают поправки для перехода на Гринвич для одного и другого порта, а затем одной поправкой уходят на Гринвич, а другой – с Гринвича в нужный порт.

В рейсе при переходе из одного часового пояса в другой стрелки судовых часов переводятся на один час вперёд или назад. Делается это обычно на вахте третьего помощника капитана.

При плавании восточными курсами в 20 часов стрелки переводятся на 21 час, а при плавании западными курсами в 21 час стрелки судовых часов переводятся на 20 часов.

При этом делается соответствующая запись в судовом журнале.

В любой момент гринвичского времени в 12 восточном поясе времени на 12 часов больше, а в 12 западном поясе на 12 часов меньше, чем на Гринвиче.

Таким образом, независимо от того, в восточном или западном двенадцатом часовом поясе находится судно, судовое время одно и то же, но даты разные.

Линия смены дат или демаркационная линия проходит по 180° меридиану, отклоняясь в некоторых местах на суше или вблизи островов.

Принято смену дат производить не в момент пересечения демаркационной линии, а с нуля часов следующих суток. Делается это в таком порядке. В момент пересечения демаркационной линии делается отметка на карте и соответствующая запись в судовом журнале.

После пересечения демаркационной линии наименование долгот меняется на противоположное.

В конце суток, в 24 часа второй помощник, приняв вахту и делая запись в судовом журнале, меняет дату следующим образом: при следовании восточными курсами дату повторяет, при следовании западными курсами дату пропускает.

Например, судно следует восточными курсами 23 мая и пересекает демаркационную линию. В 24 часа второй помощник начинает следующие сутки: 23 мая, 0ч. Если судно следует 23 мая западными курсами, то следующие сутки второй помощник записывает: 25 мая, 0ч.

Служба времени на судне

Службой времени на судне занимается второйф помощник капитана. В его обязанности входит:

–   ежедневный завод хронометра в 8 часов по судовому времени, определение его поправки и суточного хода;

–   еженедельный по понедельникам завод всех судовых часов;

–     ежедневное составление штурманского бюллетеня, включающего данные о времени восхода и захода Солнца, кульминации Солнца, поправке хронометра, высоте глаза и др.

–    отметка на лентах самописцев времени подхода к портам, узкостям, районам с ограниченной

–          видимостью и т.п.;

–    сличение перед выходом из порта, перед началом маневрирования,

перед подходом к узкостям и т.п. судовых часов в штурманской рубке и МКО;

–   перевод стрелок судовых часов при переходе в другой часовой пояс;

–   смена лент самописцев (курсографа, барографа, термографа);

–   замена неисправных секундомеров, часов и хронометра;

–   ведение расчетов эксплуатационного времени.

Источник: http://kursak.net/vremya-i-ego-izmerenie/

ovdmitjb

Add comment