Blogul Spacesignals prezinta o parte din preocuparile mele din urmatoarele domenii: Invatamant: ca initiator si fondator al Scolii de vara "Generatia Urmatoare" ce se desfasoara, anual, la Marisel; ca student, la Scoala Doctorala a Universitatii Tehnice din Cluj-Napoca. Cercetare: Obiecte spatiale din apropierea Pamantului (NEO); telecomunicatii asigurate de sateliti artificiali; activitatea solara si vremea spatiala; Unde electromagnetice de foarte joasa frecventa. Productie: Proiectare si executie de aparate si echipamente cu scop didactic sau pentru cercetare stiintifica; consultanta si prestari de servicii in telecomunicatii terestre sau satelitare. TOATE ARTICOLELE DE PE ACEST BLOG AU FOST SCRISE DE MINE. Aproape toate fotografiile de pe blog au fost facute de mine sau cu aparatul meu foto, acolo unde apar si eu in cadru. Am participat activ la proiectarea, instalarea echipamentelor si realizarea constructiilor aferente prezentate pe acest blog. Daca aveti sugestii sau alte idei pe care doriti sa mi le comunicati, nu ezitati sa-mi scrieti la adresa de mai jos:



Sunday, November 7, 2010

MASURAREA TIMPULUI

Pe scurt:
Actualele dezvoltari stiintifice si tehnologice necesita o masurare a timpului cat mai precisa. Pentru a permite atingerea unor nivele de precizie foarte mari se utilizeaza ceasuri atomice si un sistem sofisticat de transmitere a standardului de timp la nivel planetar. In cele ce urmeza va voi prezenta cateva "scale de timp" si cateva metode de determinare a "orei exacte"

Timpul, o marime fizica imateriala
Timpul este, probabil, una din cele mai tulburatoare notiuni asupra careia mintea omeneasca s-a aplecat adesea, incercand sa-i patrunda intelesul. Dar de fiecare data, deductiile logice ale filozofilor sau calculele exacte ale fizicienilor si ale matematicienilor s-au lovit de un zid elastic, dar de nepatruns.
Contempland din timpuri stravechi lumea materiala sau imateriala care ne inconjoara, mintea omeneasca a cautat, dar mai ales a retinut, fenomene observabile cu caracter repetitiv. Acestea au constituit puncte de sprijin in enuntarea unor legi fizice necesare cunosterii structurate a
mediului inconjurator. Dar modul de a gandi si fenomenele observate au fost intr-o interdependenta continua care a dus la formarea unor modele unitare de analiza a r
ealitatii fizice. Repetabilitatea unor evenimente a condus inevitabil la gasirea unor ceasornice naturale cu ajutorul carora sunt analizate alte fenomene, repetitive sau nerepetitive. S-a ajuns astfel la crearea unei scale ce puncteaza o dimensiune nepalpabila numita timp. Aceasta scala a fost marcata echidistant, pe baza "bunului simt", postulandu-se astfel "principiul uniformitatii curgerii timpului". La inceputul secolului XX acest principiu a fost zdruncinat de teoria relativitatii care a introdus notiunea de "timp propriu", dependent de sistemul de referinta ales. Mai apoi s-a emis ipoteza existentei unor neuniformitati legate de densitatea de masa-energie, sau de "epoca" in care s-au desfasurat evenimentele, termenul de "epoca" fiind legat de trecutul sau viitorul Universului.
Pe masura ce s-a dezvoltat navigatia pe mari si oceane, pe masura ce s-au dezvoltat stiintele exacte: matematica, fizica dar mai ales astronomia, au fost dezvoltate mai multe metode de masurare a timpului. In cele ce urmeaza voi prezenta cateva dintre aceste metode.

Timpul Universal (Universal Time - U.T.sau Greenwich Mean Time - G.M.T.)
In navigatie si astronomie se foloseste acelasi timp pentru intreaga planeta. S-a stabilit ca acesta sa fie cel din localitatea Greenwich,Anglia, prin care trece Primul meridian al planetei (longitudinea 0 grade) si unde se afla Observatorul Astronomic Regal Greenwich. Timpul Universal se masoara folosind un sofisticat sistem de ceasuri atomice amplasate in diverse locatii.

Timpul Standard (Standard Time)

Deoarece Pamantul se invarte in jurul axei sale in aproximativ 24 ore, globul pamantesc a fost impartit (intr-o prima aproximatie) in 24 zone orare, astfel incat Soarele sa indice, la ora 12 a fiecarei zone, sudul geografic. Timpul standard coreleaza Timpul Universal cu timpul local al unei zone de pe Pamant prin adaugarea sau scaderea unui numar de ore, in functie de zona orara in care se gaseste locatia respectiva. Astfel, pentru regiuni situate intre 0 si 180 grade longitudine estica (adica la est fata de Greenwich) ora locala se calculeaza ca: U.T.+1,U.T.+2,...,U.T.+12, iar pentru zonele situate intre 0 si 180 grade longitudine vestica (adica la vest de Greenwich), ora locala se calculeaza ca : U.T.-1, U.T.-2,..., U.T.-12. De exemplu, timpul standard in Romania este Timpul Universal +2 ore.

Timpul Sideral (Sidereal Time)

Timpul Sideral
se mai numeste si Timp astronomic sau Timp celestial.
Acest mod de masurare a timpului se afla in concordanta cu pozitia stelelor pe cer. Se considera o zi siderala (Sidereal Day), timpul in care Pamantul efectueaza o rotatie completa in jurul propriei axe, astfel incat o stea indepartata (nu Soarele) sa se gaseasca pe cer in aceeasi pozitie. Deoarece Pamantul are si o miscare de revolutie in jurul Soarelui, ziua siderala este putin mai scurta decat 24 ore. Mai precis, ziua siderala are 23 ore 56 minute si 4,1 secunde masurate in unitati de Timp Universal. O zi siderala este impartita in 24 ore siderale, o ora siderala are 60 minute siderale iar un minut sideral are 60 de secunde siderale.

Timpul Solar (Solar Time)

Timpul solar este timpul masurat in functie de pozitia Soarelui pe cer si poate fi masurat cu un ceas solar. Ziua solara incepe in momentul in care Soarele trece prin dreptul meridianului local (amiaza) si se termina dupa aproximativ 24 ore, cand Soarele se gaseste din nou in dreptul meridianului local. Datorita miscarii Pamantului in jurul Soarelui si a pozitiei axei sale de rotatie in raport cu planul orbitei, durata zilei solare se modifica in timpul anului, fiind mai scurta in luna martie (26-27 ) si septembrie (12-13) decat in lunile iunie (18-19) si decembrie (20-21).

Trecerea timpului este masurata cu ajutorul unor ceasuri, mai mult sau mai putin precise. Va voi prezenta in cele ce urmeaza cateva categorii importante:

Ceasul solar (cadranul solar)
Cel mai simplu dispozitiv cu care se poate masura timpul este ceasul solar (sau cadranul solar). Acesta este format dintr-o tija fixata intr-un plan vertical care este orientat pe directia Nord-Sud si un plan orizontal, asezate in asa fel incat, atunci cand razele solare cad pe tija , umbra acesteia sa se gaseasca pe planul orizontal. Deoarece Pamantul se roteste in jurul axei sale, se poate marca pe suprafata orizontala pozitia umbrei la diferite ore ale zilei. Din pacate , dispozitivul functioneaza doar pe timpul zilei si doar cand cerul este senin. Precizia ceasului solar nu este foarte mare, avand in vedere ca Pamantul are si o miscare de revolutie in jurul Soarelui pe o orbita eliptica. Pentru a mari precizia,va trebui ca tija care produce umbra sa fie paralela cu axa Nord-Sud a Pamantului, adica inclinarea fata de planul orizontal sa fie egala cu latitudinea locului (in zona Romaniei aproximativ 45 grade). Pe de alta parte, cu acest dispozitiv putem afla cu o buna precizie pozitia punctelor cardinale, dupa cum urmeaza: urmarim pozitia si lungimea umbrei lasate de tija verticala, in cursul zilei. Cand lungimea acestei umbre are valoare minima, directia umbrei coincide cu directia Nord- Sud, fiind indreptata spre nord in emisfera nordica si spre sud in emisfera sudica. In acel moment Soarele se gaseste pe meridianul locului si spunem ca este "amiaza".

Ceasuri utilizate in navigatia maritima
Necesitatea determinarii pozitiei navei in timpul unor calatorii lungi pe mari si oceane a facut ca ceasurile de marina sa fie foarte precise. De ce? Daca ceasul de la bordul navei indica gresit ora, pozitia navei determinata prin metode astronomice este deasemenea, gresita.

Ceasurile utilizate in astronomie
Ceasurile utilizate de astronomi au si ele un grad de precizie foarte ridicat. Cautarea pozitiei ulterioare a unui corp ceresc, cunoscandu-se o pozitie determinata intr-un moment anterior este conditionata de utilizarea unui ceasornic extrem de precis.

Ceasurile electronice pilotate cu cuart

Au aparut mai tarziu, cand dezvoltarea electronicii a permis realizarea unor oscilatori foarte stabili prin intermediul unor rezonatori cu cuart mentinuti in incinte termostatate.

Ceasurile atomice

Sunt ceasuri extrem de precise. Eroarea lor este atat de mica incat in sute de ani incertitudinea de masurare este mai mica decat o secunda.

Metode moderne de determinare a "orei exacte"

Foarte multe experimente stiintifice au nevoie de un standard de timp. Deasemenea, sincronizarea unor retele de calculatoare care au puncte nodale raspandite pe intreg globul pamantesc necesita standarde de timp precise, ieftine si la indemana. Cea mai raspandita metoda actuala este utilizarea unui receptor GPS cu ajutorul caruia se sincronizeaza ceasul unitatii de calcul cu ceasul sistemului GPS. Sistemul GPS este sincronizat cu un ceas atomic si prin urmare, ceasurile calculatoarelor sau ale retelelor de calculatoare sincronizate cu ajutorul unui receptor GPS au precizia unui ceas atomic etalon.
O metoda mai "terestra" consta in sincronizarea echipamentelor prin receptia unui standard de timp emis prin unde radio. Astfel, in Germania, in apropiere de Frankfurt am Main este situat un emitator radio de unde lungi (77,5kHz) numit DCF77. Acesta transmite un semnal codificat ce permite receptia standardului de timp pe o suprafata foarte mare din Europa, pana la o distanta de 2000km de statia de emisie. Exista chiar si ceasuri de larg consum care sunt foarte precise deoarece sunt sincronizate cu emitatorul DCF77.

Concluzii:
Stadiul actual al dezvoltarii tehnologiilor a experimentelor si a echipamentelor stiintifice necesita utilizarea unor standarde de timp cat mai precise. Viteza finita a luminii limiteaza posibilitatile de transmitere "simultana" a standardului de timp la nivel planetar. Probleme si mai mari apar atunci cand explorarea spatiului cosmic, a Soarelui sau a altor planete se face cu nave ce se afla la zeci de milioane de kilometri fata de Pamant. In aceste situatii apar intarzieri de zeci de minute sau ore. Etalonarea si sincronizarea echipamentelor in astfel de situatii reprezinta adevarate provocari.

No comments: