Segunda vez)



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El segundo
Esta animación representa un rayo que ocurre una vez por segundo.
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Esta animación representa un rayo que ocurre una vez por segundo.
Información
Sistema Unidades base del Sistema Internacional
Unidad de… Hora
Símbolo s

El segundo es una unidad de medida de tiempo del símbolo s (sin abreviatura de puntos). Cualitativamente, tiene una duración igual a la sexagésima parte del minuto , siendo el minuto mismo la sexagésima parte de la hora . Es, además, la etimología de la palabra que proviene de la abreviatura francesa de la expresión minutum secunda en latín medieval, que literalmente significa minuto de segundo rango , es decir, segunda división de la hora .

Esta es una de las unidades básicas del Sistema Internacional (SI) y el sistema CGS . Cuantitativamente, el segundo SI se define por la longitud de una serie de oscilaciones (9 192 631 770 exactamente) relacionadas con un fenómeno físico relacionado con el átomo de cesio . La medición y el recuento de estas oscilaciones se realizan mediante relojes atómicos .

Elección de la base 60

Desde el inicio de la II ª  milenio antes de Cristo. AD , los mesopotámicos contaban en base 60 usando una posición de conteo derivada del sistema de numeración de tipo aditivo y la base mixta de sumerios . Este sistema se asocia generalmente con la civilización babilónica , que ocupó el sur de Mesopotamia después de -1800 y hasta el comienzo de nuestra era. Esta base ha atravesado los siglos: se encuentra hoy en la notación de ángulos en grados ( 360 ° = 6 × 60 ° ) o en la división del tiempo ( 1 hora = 60 minutos = 60 2 segundos ).

Estándar de medición de tiempo

La definición de la segunda, la unidad de tiempo en el Sistema Internacional , se ha establecido de acuerdo con el conocimiento y las posibilidades técnicas de cada época desde la primera Conferencia General de Pesas y Medidas en 1889.

  • Primero se definió como la fracción 186400 del día solar medio, siendo el día solar medio la duración de la rotación de la Tierra sobre sí misma definida por los astrónomos. La escala de tiempo asociada es la hora universal UTC.
  • En 1956 , para tener en cuenta las imperfecciones de la rotación de la Tierra que se ralentiza en particular debido a las mareas, se basó en la revolución de la Tierra alrededor del Sol y se definió como la fracción 131 556 925,974 7 de la año trópico 1900 . Es el segundo del tiempo de las efemérides TE.
  • Desde el 13 ª Conferencia General de Pesos y Medidas, la segunda ya no se define en relación con el año , pero en comparación con una propiedad de la materia  ; esta unidad básica del Sistema Internacional fue definida en 1967 en los siguientes términos:

“El segundo, el símbolo s, es la unidad de tiempo SI. Se define tomando el valor numérico fijo de la frecuencia del cesio, la frecuencia de la transición hiperfina del estado fundamental del átomo de cesio 133 no perturbado, igual a 9192631770 cuando se expresa en Hz, unidad igual as -1  .

Esta definición implica la relación exacta = 9 192 631 770  Hz . Al invertir esta relación, la segunda se expresa en función de la constante  :

o

De esta definición se deduce que el segundo es igual a la duración de 9.192.631.770 períodos de la radiación correspondiente a la transición entre los dos niveles hiperfinos del estado fundamental del átomo de cesio-133 no perturbado. "

El segundo, un estándar para medir el tiempo, es por tanto un múltiplo del período de la onda emitida por un átomo de cesio 133 cuando uno de sus electrones cambia de nivel de energía . Hemos pasado así de definiciones, de manera descendente , en las que el segundo resulta de la división de un intervalo de duración conocida en intervalos menores, a una definición ascendente donde el segundo es un múltiplo de un intervalo menor.

En su reunión de 1997, el Comité Internacional confirmó que la definición del segundo se refiere a un átomo de cesio a una temperatura de 0  K , es decir, el cero absoluto . Esta última precisión subraya el hecho de que a 300  K , la transición en cuestión sufre, en comparación con su valor teórico, un desplazamiento de frecuencia debido a los efectos de la radiación del cuerpo negro . Esta corrección se realizó a los estándares de frecuencia primaria y por lo tanto al Tiempo Atómico Internacional (TAI) a partir de 1997 , cuando dejó de ser insignificante en comparación con otras fuentes de incertidumbre.

Hoy en día, contamos con una precisión de hasta el 14 º  decimal (10 -14 ). La precisión y estabilidad de la llamada escala TAI obtenida principalmente de los relojes de chorro de cesio atómico son aproximadamente 100.000 veces mayores que las del tiempo de efemérides . Además, es la unidad del SI más conocida.

Unidades derivadas

Unidades y símbolos estandarizados en el SI

Los prefijos del Sistema Internacional de Unidades permiten la creación de múltiplos y submúltiplos decimales del segundo. Mientras que los submúltiplos decimales (milisegundos, microsegundos, nanosegundos, etc.) se utilizan con bastante frecuencia, los múltiplos (kilosegundos ( ks ) durante 1000 segundos, megasegundos, etc.) se utilizan muy raramente, los múltiplos de 60 ( minuto , hora ) y luego 24 ( día ) siendo preferido a ellos.

Los múltiplos del segundo en uso con el Sistema Internacional son:

  • el minuto , símbolo min , cuya duración es de 60 segundos;
  • la hora , símbolo h , cuya duración es de 60  minutos , es decir, 3.600 segundos;
  • el día , símbolo d (del latín dies ), cuya duración es de 24  horas , o 86.400 segundos (esta duración, diferente del día calendario, corresponde aproximadamente a la de un día solar ).

Unidades y notaciones habituales derivadas del SI

Hay otras unidades habituales no descritas en el SI , pero derivadas de él:

  • el tercero , símbolo t , unidad antigua cuya duración es 160 de segundo;
  • el año juliano , símbolo a (después del latín annus  ; a menudo yr en la literatura anglosajona), que dura 365,25 días o 31,557,600 segundos;
  • el año sidéreo , especificado por su época (utilizado para definir otra unidad de longitud derivada del SI pero que no forma parte formalmente de él, el año luz ), definido por una duración precisa expresada en segundos (precisamente 31 471,949.27 segundos para el J2000.0 época utilizada para definir el año luz);
  • el metro , que es una unidad de longitud, y no de tiempo, pero que se definió como la distancia recorrida por la luz , en el vacío, en exactamente 1299792458 de segundo (esta definición permite expresar de manera equivalente los períodos de ondas electromagnéticas en forma de longitud de onda  ; sin embargo, el metro todavía se considera como una unidad básica del SI, no derivada; es hoy el tiempo (y no directamente la distancia) que conocemos hoy. obliga a cambiar el marco de referencia del instrumento de medida, aunque solo sea para construirlo, y sincronizar al menos dos medidas, lo que también requiere un tiempo necesariamente distinto de cero).

Calificaciones incorrectas

El uso de uno o dos primos (caracteres "′" y "″") como los respectivos símbolos del minuto y segundo temporal es incorrecto, estos signos designan el minuto y el segundo de arco, subdivisiones del grado d 'arco .

Asimismo, no es correcto utilizar abreviaturas para símbolos y nombres de unidades, como "sec" (para "s" o "segundo").

Múltiplos y submúltiplos

Los prefijos del Sistema Internacional de Unidades permiten la creación de múltiplos y submúltiplos decimales del segundo. Como se indicó anteriormente, los submúltiplos se utilizan con frecuencia a diferencia de los múltiplos.

Aquí está la tabla de múltiplos y submúltiplos del segundo:

10  N apellido Símbolo Monto
10 24 yottasecond Ys Cuatrillón
10 21 zettasecond Zs Trilliard
10 18 exasegundo Es Billones
10 15 petasegundo PD De billar
10 12 terasegundo Ts Billones
10 9 gigasegundo Gs Mil millones
10 6 mega-segundo Milisegundo Millón
10 3 kilosegundo Kansas Mil
10 2 hectosegundo hs Centenar
10 1 Decasegundo das Diez
1 el segundo s A
10 −1 decisivo ds Décimo
10 -2 centisegundo cs Centésimo
10 −3 milisegundo Sra Milésimo
10 −6 microsegundo μs Millonésimo
10 −9 nanosegundo ns Billonésimo
10 -12 picosegundo PD Billonésimo
10 -15 femtosegundo fs De billar
10 −18 attosegundo as Billonésima
10 −21 zeptosegundo zs Trilliardth
10 -24 yoctosegundo ys Cuadrillonésimo

Órdenes de magnitud

Podemos observar que la edad del universo, expresada en segundos, se acerca a 4,3 × 10 17  s , lo que da poco significado a las duraciones mucho mayores expresadas en zettasegundos o yottasegundos.

Asimismo, mil millones de segundos corresponden aproximadamente a 31 años 8 meses y 8 días, más hablando a escala humana.

Por el contrario, en el campo de la duración extremadamente corta, el Instituto Max Planck de Óptica Cuántica  (en) midió en 2004 el tiempo de viaje de los electrones excitados por los pulsos 250 de láser ultravioleta de attosegundos ; posición medida cada 100 attosegundos, correspondiente a 1 × 10 −16  s - en comparación, un attosegundo es a un segundo lo que un segundo es a unos 31,54 mil millones de años. Para tener una mejor idea de la destreza, en el modelo de Niels Bohr del átomo de hidrógeno , la órbita de un electrón alrededor del núcleo dura 150 attosegundos (pero los modelos atómicos actuales consideran que el electrón no gira).

El Instituto Max Born de Óptica y Espectroscopía No Lineal (MBI) en Berlín estableció el récord de la duración de pulso controlable más baja en 2010, alcanzando la duración de 12 attosegundos.

Las unidades de tiempo más pequeñas, zeptosegundo y yoctosegundo, aún pueden tener sentido a escalas subatómicas, pero no se pueden medir con los instrumentos actuales.

Otras unidades de tiempo no lineales habituales

Otras unidades habituales no corresponden a un número exacto de segundos, por lo que no son unidades de tiempo en el SI, ni siquiera se derivan directamente de él ya que solo son aproximaciones en su propio sistema no lineal, de duración real en segundos SI:

  • el día solar , tal como lo observan incluso hoy en la Tierra geofísicos y astrónomos (y anteriormente también utilizado intuitivamente como una unidad de calendario) pero cuya duración real varía constantemente de manera irregular, así como sus unidades derivadas (semana solar, mes solar, año solar), pero cuyos nombres son aún más ambiguos según la estrella de referencia y el marco de referencia tridimensional utilizado para contarlos (en número de revoluciones terrestres entre los equinoccios, o según el año tropical observado);
  • todas las unidades de calendario (en número de rotaciones de la Tierra para la alternancia día / noche), todas geocentradas, conocidas por el público en general y ampliamente utilizadas (día, semana, mes, año, década, siglo, milenio, etc.), que tampoco corresponder exactamente con las unidades derivadas del SI o incluso exactamente con las unidades solares precedentes;
  • de manera similar, el día calendario se subdivide de la manera tradicional en exactamente 24 "horas" de 60 "minutos", cada uno de 60 "segundos", cualquiera que sea la fecha, lo que simplifica el uso actual; sin embargo, estas unidades (también calendario) son diferentes de la hora, minuto y segundo descritos en el SI, e incluso de la hora, minuto y segundo solar de los geofísicos y astrónomos.

Sin embargo, en muchos países, el tiempo legal en un día calendario ahora está determinado por una duración expresada en horas, minutos y segundos del SI: el reajuste de los días calendario con días solares se realiza hoy de vez en cuando en segundos bisiestos promedio . insertados o eliminados en ciertas fechas al final del día (de modo que los días calendario legales suelen ser 24 horas en el SI, pero algunos días se acortan o aumentan en uno o dos segundos en el SI). Esto permitió eliminar en muchos campos el uso de los tradicionales segundos, minutos y horas solares, e incluso el de los segundos, minutos y horas del calendario, a costa de hacer más compleja la duración legal de un día calendario.

panorama

Estándar de medición de frecuencia y tiempo

Los recientes desarrollos de relojes atómicos, basados ​​en transiciones electrónicas en frecuencias ópticas, han hecho posible construir relojes que son más estables que los mejores relojes a reacción de cesio . Durante la 24 ª Conferencia General de Pesos y Medidas , se añadieron estos átomos y sus frecuencias a las representaciones secundarias de la segunda.

De acuerdo con las publicaciones sobre el desempeño de estos estándares de frecuencia (incluida la Naturaleza de), estos relojes podrían conducir en el futuro a una nueva definición del segundo.

Notas y referencias

Notas

  1. Un día de 24  horas corresponde a 24 × 60 × 60 = 86,400 segundos .
  2. Cf. átomo

Referencias

  1. SI Folleto 2019 , p.  18
  2. SI Folleto 2019 , p.  18
  3. Unidades de medida: el SI
  4. Folleto SI 2019 , p.  33
  5. Folleto SI 2019 , p.  33
  6. Afnor X 02-003 - Estándares fundamentales - Principios de escritura de números, cantidades, unidades y símbolos - § 6.4: "Bajo ninguna circunstancia se deben sustituir abreviaturas por estos símbolos, incluso si pueden parecer lógicos o consistentes, o reemplazar un símbolo por otro ". :
    apellido Símbolo No escriba
    Unidad de tiempo el segundo s seco, "
    minuto min mn, '
    Unidad de esquina segundo (arco o ángulo) " s
    minuto (arco o ángulo) ' min
  7. Folleto SI 2019 , p.  35
  8. La escala larga utilizada aquí es la referencia en los países de habla francesa, especialmente en Francia, en Canadá, así como en general en Europa (excepto en Gran Bretaña).
    La escala corta es utilizada principalmente por los Estados Unidos de América, Brasil, Gran Bretaña y otros países de habla inglesa (excepto Canadá).
  9. (in) Movimientos de electrones fijados a la fracción de segundo , Nature 427, 26 de febrero de 2004
  10. Tras más de 15 años de funcionamiento, el servicio de seguimiento www.bulletins-electroniques.com gestionado por ADIT cesó a finales de junio de 2015.
  11. Resolución 8 de la 24 ª  CPGM (2011)
  12. Realización práctica de las definiciones de las unidades principales , BIPM, 30 de noviembre de 2018
  13. (in) Realización experimental de un segundo óptico con relojes de celosía de estroncio , Nature Communications 4 de julio de 2013

Apéndices

Bibliografía

Artículos relacionados

enlaces externos

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