Čas

ČAS...
Pohyby Zeme a Mesiaca určujú dĺžku rokov, ročných období, mesiacov a dní. Kedysi bolo také delenie postačujúce k tomu, aby si ľudia mohli primerane usporiadať svoj život, ale v dnešnej dobe je presnejšie určovanie času pomocou hodín a hodiniek pre väčšinu z nás nepostrádateľné.


Jeden rok trvá, kým naša Zem jedenkrát obehne okolo Slnka. S tým, ako Zem obieha okolo Slnka, sa mení poloha hviezd na nočnej oblohe a na zemi sa striedajú rôzne ročné obdobia. Potom, ako bol odhalený súbeh cyklických zmien polohy hviezd na oblohe s cyklom ročných období, mohli ľudia začať prakticky využívať výsledky svojich pozorovaní nočnej oblohy. Napríklad objavenie určitej hviezdy na oblohe znamenalo, že je na poliach potreba zasiať, aby mohla vzísť nová úroda. Starí Egypťania vedeli, že každoročné povodne na Níle
začínajú skoro potom, ako sa nad horizontom objaví hviezda Sirius.


Fázy mesiaca


Mesiace sú označované podľa pravidelne sa opakujúcich zmien k vzhľadu Mesiaca. Mesiac sa pohybuje okolo Zeme a pritom sa pravidelne mení jeho vzhľad k oblohe. Periódu zmien Mesiaca delíme na štyri fázy. Tieto tvarové zmeny súvisia s tým, ako v priebehu lunárneho mesiaca dopadá slnečné svetlo pod rôznym uhlom na povrch Mesiaca. Ak dopadajú paprsky na odvrátenú stranu Mesiaca, Mesiac nevidno. Túto fázu voláme novolunie (nov). Po uplynutí polovičnej doby obehu mesiaca okolo Zeme nastáva spln. Celá zo zeme viditeľná časť mesiaca je natočená smerom k Slnku. Rimania založili svoj kalendár práve na týchto pravidelne sa opakujúcich premenách Mesiaca. Jeden mesiac pre nich znamenal dobu ukončenia jedného celého cyklu Mesiaca.

Dĺžka dňa je určená dobou točenia Zeme okolo svojej osi. Tento pohyb spôsobuje dojem, že Slnko vychádza a zapadá. Skutočná dĺžka roku však nie je 365 dní, ale asi 365 a štvrť dňa. Tento problém vyriešil Julius Ceasar roku 45 pred naším letopočtom tým, že zaviedol cyklus zostávajúci z troch rokov v dĺžke 365 dní a jedného priestupného roku v dĺžke 366 dní.

Gregoriánsky kalendár

Julliánsky kalendár fungoval pomerne dobre, ale po určitej dobe sa zistilo, že skutočný rok je o 11 minút kratší, ako sa pôvodne predpokladalo. Táto chyba bola opravená pápežom Gregorom,ktorý vydal nariadenie, že 5. september bude považovaný za 15. september. Keby túto korekciu neurobil, kalendár by sa oneskoroval oproti skutočným zmenám ročných období. Tiež ustanovil, že každý prvý rok storočia bude priestupný iba vtedy, ak bude deliteľný číslom 400.

V západných krajinách je gregoriánsky kalendár používaný dodnes.
Pre ľudí žijúcich v dávnej minulosti bola dĺžka dňa a noci najkratšou známou prirodzenou periódou. Presnejšie členenie času sa objavilo okolo roku 4000 pred n.l., keď Egypťania deň rozdelili
na hodiny. Prvé zariadenie na meranie času boli slnečné hodiny. Skladali sa z tyče zapichnutej do zeme tak, aby vrhali tieň na plochu stupnice ako pohyb tieňa vrhaného tyčou. Poloha tieňa na stupnici udávala čas.

Moslimský kalendár má 354 alebo 355 v roku.
Židovský kalendár má rok, ktorého počet dní kolíše od 353 po 385.
Čínsky kalendár má 60-ročný cyklus.Naprie tomu,že bol v roku 1930 v Číne zakázaný, v niektorých oblastiach JV Ázie sa používa dodnes.

Voda, piesok a čas
Hlavnou nevýhodou slnečných hodín bolo to, že neukazovali čas v noci a ani cez deň, keď bolo zamračené.Tento problém bol vyriešený okolo roku 1500 pred n.l. vynájdením klepsydry - vodných hodín. Najjednoduchšou verziou klepsydry bola nádoba so stupnicou vyznačenou na jej boku a s malou dierkou na dne. Voda, ktorá bola naliata do nádoby, postupne odkvapkávala dierkou v dne. Výška hladiny na kalibrovanej stupnici udávala, koľko času už ubehlo od okamihu naplnenia nádoby.
Klepsydra bola neskôr zdokonalená tým, že voda z jednej nádoby stekávala do druhej nádoby, ktorá mala plavák, ten ukazoval na stupnici uplynutý čas.
Ďalšou konkurujúcou alternatívou slnečných hodín boli presýpacie hodiny. Zrnká piesku prepadávali z jednej nádobky do druhej cez úzke sklenené hrdlo. Čas, za ktorý všetky zrnká prepadli, bol stále rovnaký. Tento nemenný časový interval presýpacích hodín bol obvykle polhodinový alebo hodinový. Niektorí ľudia dnes používajú miniatúrnu verziu presýpacích hodín pri varení vajec.
Iným nástrojom, ktorý slúžil k určovaniu času, bola horiaca sviečka so zárezmi. Pri horení sa skracovala sviečka aj so zárezmi a podľa toho sa dalo rozpoznať, koľko hodín už uplynulo. Používanie sviečky bolo síce veľmi rozšírené, ale nebolo príliš presné, pretože kvalita knôtu a vosku i prievan veľmi ovplynovali rýchlosť horenia.
Mechanické hodiny
Prvé mechanické hodiny boli vyrobené v Európe okolo roku 1275, ale presný dátum a meno ich autora nepoznáme. Závažie visiace na lanku roztáčalo koleso a tým uvádzalo do chodu celý mechanizmus. Každú hodinu udrel mechanizmus do zvonu. Zanedlho boli hodiny vybavené aj ručičkou a ciferníkom, aby mohli ukazovať čas neustále.
Dôležitou časťou hodín je mechanizmus kroku. Skladá sa z krokového kolesa a kotvy. Úlohou krokového mechanizmu je zabezpečovať rovnomernú rýchlosť chodu prevodového mechanizmu hodín.

Princíp kroku je v tom, že kotva svojimi pohybmi umožňuje krokovému kolesu, aby sa pri každomkmite kotvy pootočilo vždy len o jediný zub. Rýchlosť pootáčania krokového kolesa je daná frekvenciou kmitov oscilačného mechanizmu. Kmity oscilačného mechanizmu sú prevedené na kmitanie kotvy. Frekvencie nútených kmitov potom priamo určuje rýchlosť chodu prevodového mechanizmu hodín.

Bicie hodiny

Okolo roku 1330 boli v Taliansku vytvorené hodiny,ktoré príslušným počtom úderov oznamovali každú hodinu. Prvé hodiny poháňané pružinou boli vytvorené okolo roku 1475. Princíp tohto pohonu umožnil vznik hodín, ktoré sa dali prenášať. Táto možnosť bola u predchádzajúceho typu hodín poháňaných závažím nemysliteľná.
Až do konca 15. storočia mali všetky hodiny len hodinovú ručičku. Čas v úseku sa medzi dvoma celými hodinami mohollen odhadnúť. Väčšine ľudí v tej dobe celkom dobre postačovala taká malá presnosť v určovaní času. Narozdiel od nich astronómovia potrebovali k tomu, aby mohli presne zaznamenávať svoje merania, omnoho presnejšie určovanie času. Objavili sa nové hodiny už aj s minútovou ručičkou, niekedy aj so sekundovou a túžba astronómov po presnejšom určovaní času bola na určitú dobu uspokojená.
Presnosť kyvadla
Taliansky astronóm a fyzik Galileo Galilei (1564-1642) objavil v roku 1580, že kyvadlo kmitá s vysokou pravidelnosťou. V roku 1641 nakreslil plán hodín, ktorých chod mal byť riadený kyvadlom. Galileova smrť v nasledujúcom roku zabránila v dokončení tohto zámeru. Až roku 1649 zostrojil kyvadlové hodiny podľa Galileových plánov jeho syn Vincenzio spoločne so zámočníkom Balestrim. Kyvadlové hodiny ďalej zdokonalil v 50. rokoch 17. storočia holandský vedec Christian Huygens a jeho práca dokázala, že kyvadlo môže byť veľmi presným a spoľahlivým regulátorom chodu hodín. Denná chyba obvyklých mechanických hodín mohla byť pomocou kyvadla znížená z niekoľkých minút iba na 10 sekúnd.
Ďalší druh oscilačného mechanizmu sa objavil v roku 1658. Bol založený na vynáleze Roberta Hooka - na tzv. vlásku, čo je jemné zvinuté pero pripevnené k zotrvačke. Pri pohyboch zotrvačky sem a tam sa vlások striedavo zvíja a rozvíja. Pravidelný pohyb krokového mechanizmu hodín. Hlavnou výhodou zotrvačky nad kyvadlom je to, že pravidelnosť pohybov zotrvačky nie je príliš narušovaná ani pri prenášaní hodín.

Výhody zotrvačky umožnili výrobu menších a presnejších hodín i výrobu hodín prenosných.
Veľký nárast obchodu okolo roku 1700 bol sprevádzaný zvýšením počtu uskut
očnených námorných plavieb.

Aby mohla byť plavba čo najrýchlejšia a najbezpečnejšia, potreboval navigátor poznať v každom okamihu presnú polohu lode. Najväčšie problémy pôsobilo zaisťovanie zemepisnej dĺžky (počtu dĺžkových stupňov nameraných na východ alebo na západ od nultého, tzv. Greenwichského poludníku). Na výpočet zemepisnej dĺžky bolo treba, aby na palube boli hodiny, ktoré by ukazovali presný greenwichský čas. Problémom bolo nájsť dostatočne presné hodiny, použiteľné aj pri plavbe po mori. Kyvadlové hodiny boli nevhodné,pretože pohyby lode narušovali pravidelnosť pohybov kyvadla. Ani hodiny riadené zotrvačkou neboli najvhodnejšie, pretože výrazné zmeny teploty podstatne pvplyvňovali vlastnosti vlásku, tým znižovali presnosť hodín.


Cena za presnosť


Tento problem bol natoľko závažný, že britská vláda ponúkla v roku 1714 odmenu 20 000 libier tomu, kto nájde presnejší spôsob, ako zistiť zemepisnú šírku. Podmienky súťaže hovorili, že presnosť hodín musí byť taká, aby každý deň po dobu šiestich týždňov nepresiahla denná odchýlka 3 sekundy. Odmenu nakoniec získal tesár John Harrison. Tento muž zostrojil niekoľko modelov presných hodín určených pre navigáciu lodí, tzv. chronometrov. Až jeho štvrtý model dokončený v roku 1760 získal ponúkanú odmenu. Na skúšobnej ceste, trvajúcej 156 dní, bola u tohto chronometra nameraná odchýlka iba 54 sekúnd. Harrison totiž vymyslel spôsob, ako dosiahnúť toho, aby teplotné zmeny automaticky kompenzovali zmenu dĺžky vlásku v dôsledku jeho tepelnej rozťažnosti tým, že zmení dĺžku vlásku, ktorá je účinná pri kmitaní zotrvačky.

Moderné hodiny

Aj v súčasnej dobe sa používajú mechanické hodiny, ale popularita elektrických a elektronických hodín neustále rastie. U mnohých elektrických hodín sú ručičky poháňané motorom, ktorého pohyby sú riadené privádzaním striedavého prúdu. Elektrický prúd privádzaný do motora pretečie hodinami 50-60krát tam a zase späť. Aj niektoré digitálne elektronické hodiny sú riadené týmto spôsobom, ovšem s tým rozdielom, že čas je zobrazovaný pomocou svietiacich číslic. Elektronické hodiny musia obsahovať svoj vlastný oscilačný machanizmus. Obvykle je tvorený kryštálom kremeňa. Elektrický prúd privedený na kryštál kremeňa vyvoláva jeho kmitanie s takmer konštantnou frekvenciou. Kmitací kryštál vyvoláva vznik pravidelných impulzov elektrického prúdu. Tieto impulzy riadia buď zmeny číslic zobrazovaných na displayi, alebo pohyb mechanických ručičiek. Veľa hodín pracuje na tomto princípe. Kryštálom riadené hodiny a hodinky môžu dosahovať dennú odchýlku 1/30 sekundy.

Atómové hodiny mnohonásobne prekonávajú aj túto pomerne vysokú presnosť.Využívajú kmity určitých druhov atómov, napr. atómov cézia, a môžu na svojom displayi ukazovať čas s maximálnou chybou 1 sekundu za tisíc rokov chodu. Tieto hodiny sú používané buď k pokusom, ktoré vyžadujú presnosť merania času alebo k definovaniu času samotného: súčasná definícia vymedzuje 1 sekundu ako dobu, za ktorú vykoná atóm cézia, pri splnení určitých predpísaných podmienok, 9 192 631 770 kmitov.


Čas formuje základy mnohých vedeckých zákonov, ale definovať ho ako taký nie je jednoduché. Čas, podobne ako vzdialenosť, oddeľuje objekty a udalosti, preto ho možno pokladať za štvrtú dimenziu. Čas však nemôžeme merať priamo; musíme sa uspokojiť s takým meraním, akým jeho plynutie ovplyvňuje veci. Čas sa vždy pohybuje dopredu. Dokazuje to fakt, že udalosti, ktoré sa uskutočnili, nemožno vrátiť späť.My meriame čas, akoby plynul stále rovnakou mierou, ale stáva sa, že plynie všeliajko - v závislosti od toho čo človek práve robí. ten, kto sa zabáva má pocit, že mu uteká, a naopak, pri monotónnej práci plynie pomaly. Tento jav je známy ako subjektívny čas.


Časové sústavy
Obežná dráha Zeme nie je kruhová, ale eliptická, že Slnko sa voči hviezdam nepohybuje konštantnou rýchlosťou.Väčšina bežných časových sústav je preto založená na hypotetickom pojme °°stredného Slnka°°,
definovanom tak, že počítame s pohybom Slnka akoby sa pohybovalo konštantnou rýchlosťou rovnajúcov sa priemernej rýchlosti pravého Slnka.
Deň je čas, za ktorý sa Zem otočí okolo svojej osi. Hviezdny (siderický) deň sa ráta voči hviezdam a je to čas, ktorý uplynie medzi dvoma za sebou nasledujúcimi prechodmi tej istej hviezdy miestnym poludníkom.
Poludník je myslená čiara vedúca od severu na juh, cez bod, ktorý leží priamo nad pozorovateľom.Jeden siderický deň má 23 hodín, 54 minút a 4 sekundy. Slnečný deň vypočítame vzhľadom na stredné Slnko. Stredný slnečný deň trvá 24 hodín.
Rok je čas, za ktorý prejde Zem svoju obežnú dráhu okolo Slnka. Skutočný čas obehu Zeme okolo Slnka je 365 dní, 6 hodín, 9 minút a 10 sekúnd a je známy ako hviezdny rok. Sklon zemskej osi sa mení; spôsobuje to jav, ktorý sa volá precesia. Severný svetový pól teraz leží blízko hviezdy Polárky v súhvezdí Malého voza. Okolo roku 14 000 bude zemská os naklonená iným smerom a blízko severného svetového pólu bude jasná hviezda Vega v súhvezdí Lýra. Tento jav spôsobuje i to, že sa mení poloha zdanlivej slnečnej dráhy voči hviezdam.
Tropický rok kompenzuje efekty precesie a má 365 dní, 5 hodín, 48 minút a 45 sekúnd.

Práve tropický rok sa používa pri vytváraní kalendára.
Jednotkou SI času je sekunda, ktorá bola pôvodne definovaná ako 1/86 400 stredného slnečného dňa.Pretože však Zem nie je práve najlepší časomerač, vedci ju už nevyužívajú pri definovaní základnej jednotky času.
Sekunda sa definuje ako čas trvania 9 192 631 770 periód žiarenia,zodpovedajúci prechodu medzi dvoma hladinami veľmi jemnej štruktúry základného stavu atómu cézia 133.


Seminárna práca z fyziky


Téma: ČAS

Trieda: II.C
Použitá literatúra: Guinessova encyklopédia str.: 6,7
Rozum do vrecka str.: 222
Svet poznania- Marshal Cavendish.

Zdroje:

Použitá literatúra: Guinessova encyklopédia str.: 6,7 -
Rozum do vrecka str.: 222 -
Svet poznania- Marshal Cavendish -