Наукові основи вимірювання проміжків часу

План

Вимірювання проміжків часу

ЛЕКЦІЯ 5

1. Наукові основи вимірювання проміжків часу

2. Годинники

3. Секундомір

4. Таймер

Рекомендована література

1. Бурдун Г. Д. Основы метрологии / Г. Д. Бурдун, Б. Н. Марков — М., 1972.—320 с.

2. Кабардин О. Ф. Факультативный курс физики: 8 кл.: Учеб. пособие для учащихся / О. Ф.Кабардин, В. А.Орлов, А. В. Пономарева—М., 1985.—208 с.

3. Нижник В.Г. Вимірювання фізичних величин / В.Г.Нижник, О.Г. Нижник – К.: Рад.школа, 1987 – 40 табл. з метод. рекомендаціями.

4. Старовиков М. И. Введение в экспериментальную физику: Учебное пособие / М. И. Старовиков — СПб.: Издательство «Лань», 2008.— 240 с.

5. Стоцкий Л. Р. Физические величины и их единицы: Справоч. кн. для учителя / Л. Р. Стоцкий — М., 1984.— 239 с.

Для вимірювання часу використовують періодичні процеси та явища, хід яких залежить від часу.

Принцип дії пісочного годинника полягає у переси­панні піску з однієї посудини в іншу. У водяному годин­нику час визначався за швидкістю витікання води з однієї посудини в другу до певного рівня. У давнину для відліку часу використовували вогняні годинники із сталою швидкістю згоряння речовин, наприклад свічки з позначками, які відповідали певним інтервалам часу.

Вимірювання тривалості геологічних і астрофізичних процесів грунтується на залежності радіоактивного роз­паду від часу. Вік порід визначають за зміною відносно­го вмісту в них продуктів радіоактивного розпаду. Вік археологічних об'єктів визначають за відносним вміс­том радіоактивного ізотопу вуглецю ^І4С. Вік зір визна­чають за відносним вмістом гелію і водню в їх атмо­сферах.

Вимірювання часу з використанням періодичних про­цесів зводиться до підрахунку інтервалів часу, за які відбуваються повторення процесу.

Система відліку часу, яку використовують у повсяк­денному житті, грунтується на обертанні Землі навколо своєї осі відносно Сонця — істинний сонячний час. За координатами Сонця можна розрахувати час і протягом доби.

Найпростіший пристрій, де реалізується ця за- лежність,— сонячний годинник.

Екваторіальний сонлчний годинник

Внаслідок того, що, крім обертання навколо своєї осі, Земля ще обертає­ться по еліптичній орбіті навколо Сонця, істинний соняч­ний час тече нерівномірно. Тому в основу вимірювання часу покладено більш сталий періодичний процес - обертання Землі навколо Сонця. Моменти точного часу визначають спеціальними астрономічними інструмента­ми за кульмінацією світил.

Система відліку тривалих інтервалів часу, де вста­новлений певний порядок відліку діб протягом року і вказана подія, з якої ведеться рахунок рокам, названа календарем. Складність підрахунку викликана тим, що тривалість тропічного року виявилася несумірною з три­валістю середньої сонячної доби. Рік триває 365 діб 5 годин 48 хвилин 46,1 секунди, або 365,2422 доби.

Періодичність коливань маятника використовують у механічних годинниках. Годи́нник — пристрій для вимірювання часу. Більшість сучасних годинників використовують періодичні процеси на зразок автоколивань, історичні годинники на кшталт пісочнихабо водяних використовували для вимірювання проміжків часу тривалість певного процесу, наприклад пересипання піску з однієї половини в іншу через вузьку щілину.

Піскови́й годи́нник — пристрій для вимірювання часу, що складається з двох (зазвичай скляних) посудин, сполучених вузькою горлоподібною трубкою. Трубка пропускає певний об'єм піску за певний проміжок часу. Час, за який пісок пересипається з однієї половини годинника в іншу, може становити від кількох секунд до майже доби. Є дані, що конструкція піскового годинника була відома ще 1500 років до н. е.

Механічний годинник — годинник, для роботи якого використовується маятник, гирьове або пружинне джерело енергії. У якості коливальної системи використовується маятниковий або балансовий регулятор. Коливання маятника затухаю­чі, тому необхідно поповнювати енергію від стиснутої пружини чи піднятої гирі у певні моменти коливання. Таке керування здійснюють спеціальні механізми, одним з яких є анкерний спуск. Під час кожного ко­ливання він відпускає з одного боку зубець спускового колеса, забезпечуючи рівномірне стрибкоподібне обер­тання зубчастих коліс, котрі обертає стиснена пружина, а з другого — зубці анкерної вилки і спускового коле­са побудовані так, що підштовхують хвостовиком вилки через несучий штифт баланс.

Коливальна система. баланс—спіраль з вільним анкерним спуском

Секундомі́р — годинниковий засіб за допомо-гою якого можливо відрахувати час з точністю до секунд, а в залежності від того на скільки цей прилад є технічно розвиненим то й з точністю до мілісекунд. Секундоміри часто використовують під час змагань з фізичної культури, визначаючи час за який особа виконала ті чи інші вправи.

Основні частини секундоміра - годинниковий механізм і кнопково-важільний механізм керування стрілками, який запускає їх, зупиняє або скидає на нуль.

Та́ймер (англ. timer від англ. time — час) — один пристроїв або засiб, що відраховує інтер-вал(и) часу. Таймер можна також вважати одним з видів годинників. Таймер може бути використаний для контролю послідовності події чи процесу. У той час як секундомір відлічує від нуля для вимірювання витраченого часу, таймер відлічує з заданим інтервалом часу, як пісочний годинник. Таймери можуть бути механічні, електромеханічні, електронні (кварцеві), або програмне забезпеченням.

Здебільшого під таймерами мають на увазі пристрої, що відмірюють заданий інтервал часу з моменту запуску (вручну або електричним імпульсом) з секундоміром зворотного відліку, разом з тим, існують таймери, момент спрацювання яких задається установкою необхідного часу доби (так звані таймери реального часу), в цьому випадку таймер має у своєму складі годинник або пристрій збереження часу, найпростішим таймером такого роду є будильник.

Принципова схема камертонного генератора

В електронних годинниках використовують електро­магнітні генератори, роль задаючої системи в них вико­нує коливальний контур. Надходженням енергії до контуру керує триелектродна лампа або транзистор. Точність таких генераторів невелика; вона менша, маят никових годинників і залежить від параметрів лампи й контуру. Більшу рівномірність ходу мають кварцові і камертонні годинники.

Камертон у генераторі електромагнітних коливань виконує роль стабілізатора частоти, а також задавальної системи.

Ще більша точність ходу забезпечується в кварцових годинниках і атомних годинниках

А́томний годи́нник (квантовий годинник) — пристрій для вимірювання часу, що використовує в якості стандарту частоту електронного переходу між енергетичними рівнями в атомах.

Роль «маятника» у ньому відіграють атоми. Частота випромінювання атомів при переході їх з одного енергетичного рівня на інший регулює хід атомного годинника. Ця частота настільки стабільна, що атомний годинник дозволяє вимірювати час точніше, ніж астрономічні методи.

Діаграма, що ілюструє збільшення точності різних типів атомних годинників NIST в залежності від року виготовлення

Атомний годинник не більше чипа, представлений NIST

Дата добавления: 2014-10-23