Segundo

Reloxo con agulla de medir segundos.

O segundo (símbolo no SI: s) é o nome dunha unidade de tempo, e é a unidade básica no Sistema Internacional de Unidades para medilo. Tradicionalmente, o segundo é definido como unha das 86.400 partes nas que se divide o período de tempo que tarda a Terra en dar unha volta sobre o seu eixo imaxinario (período tamén chamado día), mais a definición oficial de segundo é a duración equivalente a 9 192 631 770 períodos de radiación correspondente á transición entre os dous niveis hiperfinos do estado fundamental do isótopo 133 do átomo de cesio, medidos a 0 kelvin.

A miúdo os prefixos do SI son combinados coa palabra segundo para denotar subdivisións do segundo, por exemplo, o milisegundo (unha milésima parte dun segundo) e o nanosegundo (unha mil millonésima parte dun segundo). Aínda que os prefixos do SI poden ser usados para formar múltiplos do segundo (tales como o «quilosegundo» ou mil segundos), estas unidades son rara vez usadas na práctica. As unidades máis usadas neste caso son outras non pertencentes ao SI: o minuto a hora e o día.

O segundo tamén ten a unidade base de tempo nos sistemas de unidades centímetro-gramo-segundo, metro-quilogramo-segundo, metro-tonelada-segundo e pé-libra-segundo.

Etimoloxía

A palabra segundo provén do latín sequire (seguir); porén, o seu uso para denominar a medida de tempo é semellante á orixe do termo minuto. Este provén do latín minuta (parte pequena); é dicir, unha «minuta de hora» é unha parte pequena da hora. A hora dividíase en 60 fraccións ás que se denominaba pars minuta prima (primeira parte pequena), e á súa vez estas dividíanse novamente en 60 partes chamadas pars minuta secunda (segunda parte pequena).

Historia

Sistema sexaxesimal

As primeiras civilizacións construíron divisións do día, mais ningunha delas empregou o termo segundo nin estableceu unha unidade análoga. Os exipcios subdividían o día e a noite en períodos de doce horas cada un dende polo menos 2000 a.C., o que levaba a que a duración dunha hora variase coa estación do ano. Os astrónomos gregos Hiparco (c. 150 a.C.) e Tolomeo (c. 150 d.C.) subdividiron o día de maneira sexaxesimal e usaron a hora media como Modelo:Nowrap, fraccións de hora (Modelo:Frac, Modelo:Frac etc.) e tempo-graos (Modelo:Frac día ou catro segundos modernos), mais non minutos nin segundos modernos.

O día dividiuse sexaxesimalmente, é dicir, por Modelo:Frac, despois Modelo:Frac, despois Modelo:Frac sucesivamente, ata 6 lugares despois do punto sexaxesimal (unha precisión de máis de 2 microsegundos) polos babilonios despois de 300 a.C. Os babilonios non empregaban a hora, mais usaban a hora-dupla (120 minutos), o minuto grao (4 minutos) e a cevada con duración de 3Modelo:Frac de segundo (equivalente ao helek hebreo, porén non subdividían de maneira sexaxesimal esas unidades menores de tempo.

No ano 1000 o estudoso persa al-Biruni, que escribía en árabe empregou por primeira vez a expresión segundo e definiu a división de tempo entre as lúas novas dalgunhas semanas específicas en días, horas, minutos, segundos, terzos e cuartos despois do mediodía do domingo. En 1267 o científico Roger Bacon definiu a división de tempo entre lúas cheas como o número de horas, minutos, segundos, terzos e cuartos (horae, minuta, secunda, tertia e quarta) tralo mediodía nunhas datas especificadas.

Fracción do día

Péndulo marcando cada segundo coas súas oscilacións

Os primeiros reloxos mecánicos que apareceron a partir do século XIV tiñan pantallas que dividían a hora en metades, terzos, cuartos e ás veces ata 12 partes, mais nunca por 60. De feito, a hora non se dividía habitualmente en 60 minutos xa que non era de duración uniforme. Non foi práctico para os cronometradores considerar minutos ata que apareceron os primeiros reloxos mecánicos que amosaban minutos preto de finais do século XVI. Os reloxos mecánicos mantiñan o tempo medio, ao contrario do tempo aparente que mostraban os reloxos de sol.

Os primeiros reloxos que mostraban segundos apareceron durante a última metade do século XVI. O segundo fíxose medible con exactitude co desenvolvemento de reloxos mecánicos. O primeiro reloxo de resorte con segundeiro foi un reloxo de autor descoñecido cunha representación de Orfeo na colección Fremersdorf, datado entre 1560 e 1570. Durante o terceiro cuarto do século XVI, Taqi al-Din construíu un reloxo con marcas cada 1/5 de minuto. En 1579, Jost Bürgi construíu para Guillerme de Hesse un reloxo que marcaba os segundos. En 1581, Tycho Brahe redeseñou reloxos que amosaban só os minutos no seu observatorio para que tamén amosasen os segundos, aínda que eses segundos non eran precisos. En 1587, Brahe queixouse de que os seus catro reloxos discordaban en máis ou menos catro segundos.

En 1644, Marin Mersenne calculou que un péndulo cunha lonxitude de 0,994 metros tería un período de dous segundos, permitindo a medida dun segundo mediante un péndulo. En 1656, o científico neerlandés Christiaan Huygens inventou o primeiro reloxo de péndulo. Tiña unha lonxitude de péndulo de pouco menos dun metro, o que lle daba un balance dun segundo e un escape que marcaba cada segundo. Era o primeiro reloxo que podía manter o tempo con precisión en segundos. Na década de 1730, 80 anos despois, os cronómetros marítimos de John Harrison podían manter a hora exacta preciso por un segundo en 100 días.

En 1832, Gauss propuxou empregar o segundo como unidade fundamental de tempo no seu sistema milímetro-miligramo-segundo. A British Association for the Advancement of Science (BAAS) declarou en 1862 que "todos os homes de ciencia estaban de acordo en empregar o segundo de tempo medio solar como unidade de tempo". BAAS propuxo formalmente o sistema CGS en 1874, aínda que foi substituído gradualmente polo MKS durante os seguintes anos. En ambos os sistemas a definición de segundo era $\frac{1}{86400}$ do día solar medio.

Fracción do ano

A finais da década de 1940, os reloxos con oscilador de cristal de cuarzo cunha frecuencia de funcionamento de aproximadamente 100 kHz avanzaron para calcular o tempo cunha precisión mellor que unha parte cada 10⁸ durante un período de funcionamento dun día. Fíxose evidente que un consenso destes reloxos contaba mellor o tempo que a rotación da Terra. Os metrólogos tamén sabían que a órbita da Terra ao redor do Sol (un ano) era moito máis estable que a rotación da Terra. Isto levou a propostas xa en 1950 para definir a segunda como fracción do ano.

O movemento da Terra foi descrito nas Tables of the Sun de Newcomb (1895), que proporcionaban unha fórmula para estimar o movemento do Sol en relación coa ][época (astronomía)|época]] de 1900 baseándose nas observacións astronómicas feitas entre 1750 e 1892. Isto deu lugar á adopción dunha escala de tempo de efemérides expresada en unidades do ano sideral nesa época pola IAU en 1952. Esta escala de tempo extrapolada proporciona as posicións observadas dos corpos celestes de acordo coas teorías dinámicas newtonianas do seu movemento. En 1955, o ano tropical, considerado máis fundamental que o ano sideral, foi elixido pola IAU como a unidade de tempo. O ano tropical por definición non é unha medida senón que se calcula a partir dunha fórmula que describe un ano tropical medio que diminúe linearmente co paso do tempo.

En 1956, o segundo redefiniuse en termos do ano en relación a esa época como: Modelo:Cita

Esta definición foi adoptada como parte do Sistema Internacional de Unidades en 1960.

Segundo atómico

Porén, os mellores reloxos mecánicos, eléctricos e baseados en cristais de cuarzo sofren discrepancias polas condicións ambientais. Para medir o tempo é moito mellor a "vibración" natural e exacta dun átomo enerxizado. A frecuencia da vibración (é dicir, a radiación) é moi específica dependendo do tipo de átomo e como é excitado. Co desenvolvemento dos reloxos atómicos tornouse máis fácil medir a duración da transición entre dous niveis de enerxía dun átomo ou molécula. Isto tornou tamén posíbel medir o tempo con maior precisión que utilizando a definición corrente. A principios da década de 1960 decidiuse empregar o tempo atómico como base para a definición do segundo e na 13.ª Conferencia Xeral de Pesos e Medidas, en 1967, substituíuse a definición do segundo: Modelo:Cita

En 1997 modificouse a definición para incluír a aclaración "esta definición refírese ao átomo de cesio estable a unha temperatura de 0 K".

Múltiplos e submúltiplos do segundo no SI

Os prefixos do SI empréganse habitualmente para medidas de tempo inferiores ao segundo, pero apenas aparecen para múltiplos do segundo (o coñecido como "tempo métrico"). Pola contra, adoitan usarse unidades que non forman parte do sistema como o minuto, a hora o día ou o ano.

Múltiplo	Nome	Símbolo	Equivalencia		Submúltiplo	Nome	Símbolo
100	segundo	s
101	decasegundo	das	10 segundos		10−1	decisegundo	ds
102	hectosegundo	hs	1 minuto 40 segundos		10−2	centisegundo	cs
103	quilosegundo	ks	16 minutos 40 segundos		10−3	milisegundo	ms
106	megasegundo	Ms	11,6 días		10−6	microsegundo	µs
109	gigasegundo	Gs	31,7 anos		10−9	nanosegundo	ns
1012	terasegundo	Ts	31 700 anos		10−12	picosegundo	ps
1015	petasegundo	Ps	31,7 millóns de anos		10−15	femtosegundo	fs
1018	exasegundo	Es	31 700 millóns de anos		10−18	attosegundo	as
1021	zettasegundo	Zs	31,7 billóns de anos		10−21	zeptosegundo	zs
1024	yottasegundo	Ys	31 700 billóns de anos		10−24	yoctosegundo	ys

Outras unidades relacionadas

Unidades de tempo

1 segundo internacional é igual a:

• 1/60 minuto
• 1/3 600 hora
• 1/86 400 día (sistema de unidades da Unión Astronómica Internacional)
• 1/31 557 600 ano xuliano (sistema de unidades da UAI)

Unidades de frecuencia

As unidades de frecuencia son as recíprocas do segundo:

• 1 hertz é xeralmente, (período de onda en segundos)

Véxase tamén

Ligazóns externas

• National Physical Laboratory: Trapped ion optical frequency standards
• High-accuracy strontium ion optical clock; National Physical Laboratory (2005)
• National Research Council of Canada: Optical frequency standard based on a single trapped ion
• NIST: Definition of the second; notice the cesium atom must be in its ground state at 0 K
• Official BIPM definition of the second
• The leap second: its history and possible future
• What is a Cesium atom clock?
• SLAC: Scales of Time - Our universe from 10^18 to 10^-18 seconds Modelo:Webarchive