O tempo e suas noções de medida

19:23 emarinho12 0 Comments

De facto, a Princesa Isabel, então exilada na França, deu-lhe uma medalha de São João Batista. Preocupado que o uso da medalha no pescoço pudesse machucá-lo, Santos Dumont colocou-a no pulso. Então teve a idéia de amarrar um relógio no pulso para controlar melhor os seus tempos de vôo. Não se sabe ao certo, mas outro motivo seria que durante os voos, ele teria dificuldade de tirar o relógio do bolso. Santos Dumont encomendou então a seu amigo joalheiro, Louis Cartier, um relógio que ficasse preso ao pulso, O Relógio

Medir o tempo significa registrar coincidências. Quando alguém marca um compromisso, digamos às 13:00 horas do presente dia, está informando que ela estará no local combinado quando o ponteiro grande do relógio colocado naquele local coincidir com a marca no dial sobre a qual há a inscrição "12", e o ponteiro pequeno coincidir com a marca associada à inscrição "1".

A medida de tempo requer, portanto, um aparelho que produza eventos repetitivos e regulares - o relógio. A igualdade esperada entre o intervalo de tempo que separa quaisquer dois eventos especificados no relógio e os intervalos que separam as associadas repetições destes mesmos dois eventos é alcançada mediante a simetria propositalmente estabelecida na construção do mecanismo físico que irá funcionar como "base de tempo" do relógio - normalmente um oscilador de alguma natureza: mecânico, elétrico, ou outro. Em particular, esforço deve ser despendido para garantir que cada ciclo se processe sob condições análogas às presentes nos ciclos anteriores, tanto no que se refira às condições iniciais do ciclo - particularmente no que tange à energia total, configuração e distribuição de massa, e mesmo à carga elétrica total, do sistema - tanto no que se refira à evolução do ciclo - com destaque para garantias quanto à constância das leis físicas que governem o mesmo.

Nos relógios mecânicos o oscilador normalmente é constituído por um sistema massa mola, ou em casos de alguns relógios, por pêndulos. Nos relógios elétricos o oscilador pode ser construído apenas com componentes elétricos, mas por questões de precisão, é muito comum que as oscilações deste sejam controladas por um cristal piezelétrico, cristal no qual as vibrações mecânicas de sua estrutura são acompanhadas pela produção de cargas elétricas nas superfícies do mesmo em virtude de suas propriedades estruturais a nível molecular.

Embora relógios com elevada precisão sejam artefatos encontrados com uma enorme facilidade nas mais variadas formas, modelos e tamanhos nos dias atuais, e às vezes custando menos que banana, tal precisão e acessibilidade é algo muito recente na história das sociedades. Na época das grandes navegações, há cerca de 500 anos atrás, dispositivos como estes estavam apenas nos sonhos dos navegadores. A história do relógio dá por si só um livro, e prêmios milionários eram oferecidos para quem conseguisse construir um relógio com precisão requerida à navegação àquela época, visto que a determinação da longitude quando em alto mar não era viável através da observação das estrelas a menos que se estivesse de posse de tal equipamento com precisão razoável. Em suas primeiras versões, a construção de relógios com incertezas de dezenas de minutos ao dia já implicava um grande progresso.

Na ausência de relógios artificiais a humanidade valeu-se, ao longo de sua história, da regularidade observada em certos fenômenos naturais, com destaque para os astronômicos, para estabelecer seus padrões para a determinação e medida do tempo: nestes termos à rotação da Terra devemos o intervalo de tempo conhecido por 1 dia, às fases da Lua devemos a definição de semana - período equivalente a 7(sete) dias; a Lunação serviu de base para a definição de mês, à Translação da Terra devemos o conceito de ano, e assim por diante.

As unidades de tempo mais usuais são o dia, dividido em horas, e estas em minutos, e estes em segundos. Os múltiplos do dia são a semana, o mês, e o ano, e este último pode agrupar-se em décadas, séculos e milênios.

Unidade padrão de tempo

Ao longo da história da humanidade, acompanhando as necessidades e a evolução tecnológica, a definição de uma unidade padrão para a medida do tempo evoluiu consideravelmente. A definição de uma unidade de tempo tem em princípio dois aspectos: ser condizente com a sua aplicação ao cotidiano; ser precisa o suficiente para permitir seu uso em eventos situados, em escala de tempo, nos limites do conhecimento científico à época de sua validade.

Estabelecer o padrão unitário para a media do tempo significa basicamente escolher um fenômeno que se repita de forma constante e regular, sendo a contagem das repetições ou frações desta a representação direta da medida do tempo. Dos vários fenômenos naturais que podem ser utilizados como fenômeno periódico destaca-se certamente a rotação da Terra, sendo a sucessões dos dias e noites uma de suas consequências diretas, perceptíveis e influentes não só ao homem como a todos os demais integrantes da fauna e flora no planeta.

O segundo, unidade padrão de medida do tempo, foi inicialmente definido como o intervalo correspondente a 1/86400 do dia (24 horas), ou mais especificamente, como "a fração correspondente a 1/31,556,925.9747 do ano tropical". Há poucos séculos atrás esta definição se fazia perfeitamente aceitável, contudo nos dias de hoje a ciência delimita-se com tempos tais como a medida da vida média de um próton, superior a 1040 segundos, ou, em extremo oposto, a vida média das partículas menos estáveis, inferiores a 10-23 segundos. Nestas escalas a definição apresentada mostra-se inadequada, certamente, e os requisitos tecnológicos nos levaram à era dos relógios atômicos.

Atualmente o segundo é definido da seguinte forma:

"Um segundo é o tempo de duração de 9.192.631.770 vibrações da radiação emitida pela transição eletrônica entre os níveis hiperfinos do estado fundamental do átomo de césio 133".

O padrão de tempo atual conforme estabelecido pelo Sistema Internacional de Unidades (S. I.) tem por base os princípios da relatividade, tendo por padrão periódico as oscilações da radiação eletromagnética. Nos séculos sob domínio da física clássica apenas, a unidade de tempo e a unidade de comprimento em vigor eram pré-estabelecidas por conceitos independentes, e a velocidade da luz era medida experimentalmente, sendo especificados, portanto, seu valor e o valor da incerteza experimental. Com o princípio da constância da velocidade da luz, tal valor, abreviado em Física pela letra C, passou a ser definido de forma exata; no S.I: C = 299.792.458 metros por segundo. Esta definição estabelece uma relação precisa entre a unidade de tempo, o segundo, e a unidade de comprimento, o metro:

"O metro é a distância percorrida pela luz, no vácuo, no intervalo de tempo de 1/299.792.458 do segundo".

No contexto, outra unidade de tempo, esta pertencente ao Sistema Natural de Unidades e frequentemente usada ao se trabalhar com física moderna, merece menção particular: o tempo de Planck. O Sistema Natural de Unidades é definido de forma que as principais constantes naturais, a saber a velocidade da luz C, a constante de gravitação G, a constante elétrica K na equação de Coulomb, a constante de Boltzmann k e a constante reduzida de Planck h (entre outras) assumam todas valor unitário. Este sistema mostra-se muito útil em simplificar cálculos pois, uma vez adotado, elimina-se a presença das citadas e de quaisquer outras constantes de proporcionalidade destas decorrentes no raciocínio matemático, ou seja, elimina qualquer influência de origem puramente antropocêntrica nos cálculos. O tempo de Planck é a unidade fundamental de tempo no Sistema Natural de Unidades, sendo seu valor correspondente a 5,39121 x 10 -44 segundos.

Percebe-se facilmente que embora muito útil ao lidar-se com problemas científicos, as unidades encontradas no Sistema Natural de Unidades não são adequadas à aplicação ao cotidiano: a exemplo o tempo de Planck é uma fração ínfima do segundo, conforme visto.

Relógio de Sol

 Por muitos séculos, a humanidade guiou-se pela sombra de um objeto projetada pelo sol, a sombra do gnomo, dos relógios de sol, para medir o tempo. Inicialmente, talvez no paleolítico ou neolítico, a medição por parte dos homens primitivos devia estar baseada na modificação do comprimento de sua própria sombra, que crescia até o meio dia e decrescia na medida que o dia se esgotava com a aproximação da noite, quando ele deveria estar de volta à segurança de seu abrigo. Posteriormente, a medição do tempo orientou-se para o calendário, para a identificação das estações do ano, que era informação essencial para as civilizações que praticavam a agricultura, em face da estreita dependência desta dos fatores climáticos, diretamente ligados à passagem das estações.

O mais antigo relógio de sol conhecido, foi construído por volta de 1500 AC no Egito, na época de Tutmosis III. Em pedra, na forma de um T, com uns 30 cm, suportando uma outra peça de mesmo comprimento e perpendicular. As linhas de hora eram marcadas na pedra a intervalos regulares. O T era voltado para o este na parte da manhã e a oeste na tarde. A posição da sombra da parte superior do T indicava a hora

Relógio de Àgua 

A clepsidra ou relógio de água foi um dos primeiros sistemas criados pelo Homem para medir o tempo. Consiste em dois recipientes, colocados em níveis diferentes: um na parte superior contendo o líquido, e outro, na parte inferior, com uma escala de níveis interna, inicialmente vazio. Através de uma abertura parcialmente controlada no recipiente superior, o liquido passa para o inferior, observando-se o tempo decorrido pela escala.

Este tipo de instrumento evoluiu técnicamente de forma a permitir uma medição do tempo com relativa exatidão.

A clepsidra mais antiga foi encontrada em Karnak, no Egito, datando do reinado de Amenhotep III. Outros exemplares foram identificados na Grécia antiga, (c. 500 a.C.). Na China, o astrônomo Y. Hang inventou uma clepsidra que indicava os movimentos dos planetas.

Relógio de Areia

A ampulheta é um dos meios mais antigos de medir o tempo. É constituída por duas âmbulas (recipientes cónicos ou cilíndricos) transparentes que comunicam entre si por um pequeno orifício que deixa passar uma quantidade determinada de areia de uma para a outra - o tempo decorrido a passar de uma âmbula para a outra corresponde, em princípio, sempre ao mesmo período de tempo. 

Eram frequentemente utilizadas em navios (onde se usavam ampulhetas de meia hora), em igrejas e, no início da utilização do telefone, servia, em alguns locais, para contar o tempo dispendido numa chamada (no Norte de Portugal, por exemplo, esta prática era comum em algumas casas comerciais).

Foi muito utilizada na arte para simbolizar a transitoridade da vida. A morte, por exemplo, é muitas vezes representada como um esqueleto com uma foice numa das mãos e uma ampulheta na outra.

Relógio de Bolso

Por volta de 1500, Pedro Henlein, na cidade de Nuremberg, fabricou o primeiro relógio de bolso, denominado pela forma, tamanho e procedência, de "Ovo de Nuremberg". Era todo de ferro, com corda para quarenta horas e precursor da "Mola Espiral". Era constituído por um indicador e por um complexo mecanismo para badalar. Foi sem dúvida, em muitos países, o acelerador para diversas invenções e melhorias, principalmente na Europa , desenvolvendo-se de maneira vertiginosa à indústria relojeira.

Relógio de Pulso

Os primeiros relógios usados pelas pessoas foram os relógios de bolso. Eram muito raros e tidos como verdadeiras jóias, pois poucos tinham um. Os relógios de bolso eram símbolo da alta aristocracia. O relógio de pulso foi inventado pela empresa Patek Philippe no fim do século XIX, embora costume-se atribuir, erroneamente, a Santos Dumont os louros da invenção desta modalidade de relógio.

De facto, a Princesa Isabel, então exilada na França, deu-lhe uma medalha de São João Batista. Preocupado que o uso da medalha no pescoço pudesse machucá-lo, Santos Dumont colocou-a no pulso. Então teve a idéia de amarrar um relógio no pulso para controlar melhor os seus tempos de vôo. Não se sabe ao certo, mas outro motivo seria que durante os voos, ele teria dificuldade de tirar o relógio do bolso. Santos Dumont encomendou então a seu amigo joalheiro, Louis Cartier, um relógio que ficasse preso ao pulso, para que ele pudesse cronometrar melhor as suas experiências aéreas. De facto, a Princesa Isabel, então exilada na França, deu-lhe uma medalha de São João Batista. Preocupado que o uso da medalha no pescoço pudesse machucá-lo, Santos Dumont colocou-a no pulso. Então teve a idéia de amarrar um relógio no pulso para controlar melhor os seus tempos de vôo. Não se sabe ao certo, mas outro motivo seria que durante os voos, ele teria dificuldade de tirar o relógio do bolso. Santos Dumont encomendou então a seu amigo joalheiro, Louis Cartier, um relógio que ficasse preso ao pulso. De facto, a Princesa Isabel, então exilada na França, deu-lhe uma medalha de São João Batista. Preocupado que o uso da medalha no pescoço pudesse machucá-lo, Santos Dumont colocou-a no pulso. Então teve a idéia de amarrar um relógio no pulso para controlar melhor os seus tempos de vôo. Não se sabe ao certo, mas outro motivo seria que durante os voos, ele teria dificuldade de tirar o relógio do bolso. Santos Dumont encomendou então a seu amigo joalheiro, Louis Cartier, um relógio que ficasse preso ao pulso,
Em março de 1904 Cartier apresentou o que é considerado erroneamente o primeiro relógio de pulso do mundo, batizado de Santos, com pulseira de couro. No entanto, os relógios de pulso já eram conhecidos e usados anteriormente. O que acontecia é que eram adereços essencialmente femininos e eram geralmente feitos sob encomenda. Na verdade, a Santos Dumont coube a popularização do relógio de pulso entre os homens. A Primeira Guerra Mundial foi o marco definitivo no uso do relógio de pulso, já que os soldados precisavam de uma forma prática de saber as horas.

Relógio Digital
O Relógio Digital é um tipo de relógio que utiliza meios eletrônicos para controlar as horas. Utiliza energia elétrica, que é normalmente suprida por uma bateria de pequena carga. Ele utiliza um cristal piezoelétrico que gera pulsos elétricos a uma freqüência constante (usualmente 50 ou 60Hz). Geralmente, as horas são exibidas através de um visor de LEDs ou cristal líquido.

Relógios digitais são pequenos, baratos e precisos. Por isso, são associados a praticamente todos os aparelhos eletrônicos, como aparelhos de som, televisores, microondas e telemóveis. Entretanto, os relógios de pulso analógicos são mais populares do que os relógios digitais. Uma variação bastante comum é o relógio analógico a quartz.

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