A medida do Tempo - University of São Paulo · 2019. 9. 23. · Data Juliana Origem: •Criado em...
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A medida do Tempo
R. BoczkoR.Costa
IAG - USP
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Berços da Astronomia
EgitoBabilônia
Roma
Equador
Grécia
Linha doMaia
Inca
Chinês
Indu
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Relógio de Vela
12 h Meio dia
12 h Meio dia (outro)
24 h Meia noite
18 h Pôr do Sol
06 h Nascer do Sol
Babilônicose Caldeus
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Minutos e segundos
12 h Meio dia
12 h Meio dia
24 h Meia noite
18 h Pôr do Sol
06 h Nascer do Sol
Babilônicose Caldeus
Sistema Sexagesimal( 60 )
( 12 = 60 / 5 )Dia = 12 + 12 horas
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Relógios de Sol da Grécia (período clássico)
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Torre dos Ventos - Atenas
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Ampulheta
Relógio com escoamento de areia
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Clepsidra
24
18
12
6
0
Relógio com escoamento de águah
v
Nível constante
Reservatório de reposição
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Clepsidra encontrada no túmulo de Amenhotep I (1500 A.C.)
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Relógio de pêndulo
m
lg
T = 2 p l / g
q
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Relógio de pêndulo desenvolvido de acordo com o princípio descoberto por
Galileo em 1582 e formulado por Christiaan Huygens em 1656
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John Harrison
(1693-1776)
Primeiro crononômetro construído por John Harrison, que construiu relógios
suficientemente estáveis para resolver o problema da determinação das longitudes.
Cronômetro de corda
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Cronômetro marítimo H1 de Harrison (1730)
Cronômetro marítimo H4 (1760)
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Relógios Atômicos
NIST – F1 (2005)Base de tempo: átomo de césio
Precisão de 1 segundo em 80 milhões de anos (10-15 s)
Relógio do NIST (2013):Base de tempo: átomo de itérbio
Precisão de 1 segundo em 100 bilhões de anos (10-18 s)
Relógio do NIST (2019):Base de tempo: átomo de estrôncio
Precisão de 1 segundo em 1 trilhão de anos (10-19 s)
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Evolução da precisão dos relógios atômicos
Na edição 777 do Jornal da USP (18/09/2006) tem a descrição de um relógio atômico construído no Instituto de Física de São Carlos da USP,
cuja precisão é de 10-17 s, ou um segundo em 3 bilhões de anos
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Relógio atômico de Ytérbio do NIST, com precisão de 10-18 s
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Qual o limite superior para a precisão da base de tempo?
Pulsar
estrela de nêutrons em rotaçãoPeríodo de rotação: 10-1 a 10-6 s
Regularidade (precisão) da rotação:
Até 10-22 segundos !
Até agora não existe uma base de tempo formal definida com pulsares. Se (quando) isto for feito será necessário definir um conjunto de pulsares como base já que não está
descartada a possibilidade de um único objeto sofrer perturbações súbitas no período
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Variação no “comprimento” do Dia
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Dia Médio
1 2 3 183 365 VelaMédia(24 h)
Vela de1 dia
12
6
92
457
8
1011
3
1
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Dia Verdadeiro e Dia Médio
Leste
Oeste
NorteSul
6
7
9
10
8
1112
13
14
15
16
17
18
Fev
Mai
Jul
OutAnalema
12
6
92
457
8
1011
3
1
Tempo Médio
Sombra ao meio-dia médio
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Analema
Analema feito na Grécia, entre 30/3/2003 e 24/3/2004
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from 1998 August through1999 August from Ukraine
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Callanish, Escócia
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Variação anual da declinação do Sol
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Causas do Analema
Inclinação do eixo de rotação da TerraElipticidade da órbita (2a lei de Kepler)
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Primeira Lei de Kepler( 1571 - 1630 )
Um corpo ligado a outro gravitacionalmentegira em torno dele numa órbita elíptica,
sendo que um deles ocupa o foco da elipse.
Semi-eixo maior
Semieixomenor
Foco
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Segunda Lei de Kepler( 1571 - 1630 )
Um corpo ligado a outro gravitacionalmentegira em torno dele, com seu raio vetor
varrendo áreas iguais em tempos iguais.
FocoAA D tD t
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Qual o período de rotação da Terra ?
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Dia Solare
Rotação da Terra
(dia sideral)
Estreladistante
23h56m04s (Período de rotação)
24h00m00s(Dia Solar)
Sol
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Tempo Solar Verdadeiro
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Equação do tempo
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
0
+16
-16Mês
(min
)
Sol ‘Adiantado’
Sol ‘Atrasado’
Eq.T
= T
V -T
M
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Fusos Horários
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Meio-dia
PS
Movimentodiário
aparentedo Sol 1413
12
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Fusos HoráriosPN
PS
Equador
Greenwich
Fuso
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Planisfério comFusos Horários
3=F 2 1 0456789101112 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
UT = TF + FW
UT
TF
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Hora Legal
PS
Movimentodiário
aparentedo Sol
1211
10
13
PS
12
24
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Fusos horários no planeta
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Fusos horários no Brasil (até 2008)
Fuso2h
Fuso3h
Fuso4h
Fuso5h
Fernandode
Noronha
Em 2008 a zona do fuso 5h foi incorporada à do fuso 4h.
Em 2013 essa incorporação foi revogada e o Brasil voltou a ter 4 fusos
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Linha de mudança de data14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14
Dia20
Dia20
Dia21
Dia21
Dia
21 Dia
20Dia20
Dia
20
Z A B C D E F G H I K L M Y X W V U T S R Q P O N Z
Dia anterior
Dia seguinte
Linha demudançade data
00 -1 -2 -3 -4 -5 -6 -7 -8 -9 -10 -11-12 12 11 10 09 08 07 06 05 04 03 02 01 00Númerodo Fuso
Horado Fuso
Greenwich Greenwich
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Hora de Verão
5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
Período de atividades
Período de atividades
Iluminação 3,5 h
IluminaçãoIlu 2,5 + 0,5 = 3h
Hora do Fuso
6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24Hora de Verão
HV = HF + 1 h
Nascer do Sol
Ocaso do Sol
Dia claro NoiteNoite
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Amenização do pico de demanda de energia elétrica
16 17 18 19 20 21 22 23 HF
Potê
ncia
usa
da
17 18 19 20 21 22 23 24 HV
Informação prática: Horário de Verão 2013-14: de 20/10/2013 a 16/02/2014
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Resumo das escalas detempo solar
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Ano a.C.e
Ano Algébrico
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Ano a.C. e Ano Negativo
1 d.C. 2 d.C. 3 d.C. 4 d.C.4 a.C. 3 a.C. 2 a.C. 1 a.C.A a.C.
Nascimentode Cristo
+ 1 + 2 + 3 + 40- 1- 2- 3N
A = - N + 1
N = - ( A - 1 )
A = nomenclatura a.C.N = ano algébrico
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Data Juliana
Origem:
• Criado em 1583 por Josephus Justus Scaliger
• Tem como característica a contagem corrida dos dias, sem dividí-los em meses e anos, seguida pela fração de dia em horas divididas em frações decimais
• A origem é baseada na coincidência do início dos ciclos metônico (19 a.), da indicção (15 a.) e do ciclo solar (28 a.). Isto ocorreu em 4713 A.C.
• O ciclo juliano tem 19x15x28=7980 anos, após o que ele reinicia a contagem dos dias.
• A contagem dos dias inicia-se ao meio-dia
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• Dia juliano modificado = DJ – 2400000.5 (a diferença de 0.5 é para que o dia inicie-se à meia-noite)
• Dia juliano reduzido = DJ – 2400000
• Dia juliano heliocêntrico: tem a mesma duração do dia juliano, porém é ajustado ao sistema de referência do Sol, diferindo de 8.3 minutos deste, equivalente ao tempo para a luz deslocar-se do Sol à Terra
• Dia liliano : análogo ao dia juliano, mas a contagem dos dias inicia-se em 15 de outubro de 1582, data do início da validade do calendário gregoriano
Alternativas
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Data Juliana
1/2 dia01/jan/- 4712
DJ = 0
1/2 dia01/jan/2000DJ2000.0
DJ = 2.451.545,0 DJ = ?
Convenção: { x/y } = parte inteira da divisão de x por y
DJ = + { (- { (14-M)/12 } + A + 4800) * 1461/4 }+ { ( { (14-M)/12 } * 12 + M - 2) * 367/12 }- { { (-{ (14-M)/12} + A + 4900) / 100 } * 3/4 }+ D - 32075,5 + UT/24
Data Gregoriana: A M D h m s UT = ( h + m/60 + s/3600 ) + F
( Josephus Justus Scaliger séc. XVI )
(4713 a. C.)
Dia Juliano0h 24h
Dia Civil0h 24h
12h
Hello, my
good fellow!
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Data Juliana
Convenção: { x/y } = parte inteira da divisão de x por y
DJ = + { (- { (14-M)/12 } + A + 4800) * 1461/4 }+ { ( { (14-M)/12 } * 12 + M - 2) * 367/12 }- { { (-{ (14-M)/12} + A + 4900) / 100 } * 3/4 }+ D - 32075,5 + UT/24
UT = ( h + m/60 + s/3600 ) + F
Dados:
A = 2004M = 10D = 6
h =10 (hora do fuso)m = 51s = 15,25
F = +3h
Obter: DJ
UT = ( 10 + 51/60 + 15,25/3600 ) + 3
UT = 13,854 236 11 h
UT/24 = 13,854 236 11 h / 24
UT/24 = 0,577 259 837 9 dias
a d
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Data JulianaDJ = + { (- { (14-M)/12 } + A + 4800) * 1461/4 }
+ { ( { (14-M)/12 } * 12 + M - 2) * 367/12 }- { { (-{ (14-M)/12} + A + 4900) / 100 } * 3/4 }+ D - 32075,5 + UT/24
Dados:
A = 2004M = 10D = 6
h =10 m = 51s = 15,25
F = +3h
UT/24 = 0,577 259 837 9 dias
DJ = + { (- { 0,333... } + 2004 + 4800) * 1461/4 }+ { ( { 0,333... } * 12 + 10 - 2) * 367/12 }- { { (-{0,333... } + 2004 + 4900) / 100 } * 3/4 }+ 6 - 32075,5 + 0,577 259 837 9
DJ = + { (- { (14-10)/12 } + 2004 + 4800) * 1461/4 }+ { ( { (14-10)/12 } * 12 + 10 - 2) * 367/12 }- { { (-{ (14-10)/12} + 2004 + 4900) / 100 } * 3/4 }+ 6 - 32075,5 + 0,577 259 837 9
DJ = + { (- 0 + 2004 + 4800) * 1461/4 }+ { ( 0 * 12 + 10 - 2) * 367/12 }- { { (- 0 + 2004 + 4900) / 100 } * 3/4 }+ 6 - 32075,5 + 0,577 259 837 9
a d
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Data JulianaDJ = + { (- 0 + 2004 + 4800) * 1461/4 }
+ { ( 0 * 12 + 10 - 2) * 367/12 }- { { (- 0 + 2004 + 4900) / 100 } * 3/4 }+ 6 - 32075,5 + 0,577 259 837 9
DJ = + { (6804) * 1461/4 }+ { (8) * 367/12 }- { { (6904) / 100 } * 3/4 }+ 6 - 32075,5 + 0,577 259 837 9
DJ = + { 2485161 }+ { 244,666... }- { { 69,04 } * 3/4 }+ 6 - 32075,5 + 0,577 259 837 9
DJ = + 2485161+ 244- { 69 * 3/4 }+ 6 - 32075,5 + 0,577 259 837 9
a d
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Data JulianaDJ = + 2485161
+ 244- { 69 * 3/4 }+ 6 - 32075,5 + 0,577 259 837 9
DJ = + 2485161+ 244- { 51,75 }+ 6 - 32075,5 + 0,577 259 837 9
DJ = + 2485161+ 244- 51+ 6 - 32075,5 + 0,577 259 837 9
DJ0hUT = 2.453.284,5
DJ = 2.453.284,5 + 0,577 259 837 9
DJ = 2.453.285,07725984
a d
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Movimento dos
Pólos
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Movimento dos pólos
X (m )
Y (m)X
Y
5101520
5
10
15
-5
1991
19921993
Tprincipal @ 14 meses @ 428 dias
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Eixo de rotação fixo no espaço
Eixo de rotação fixo no espaço
Eixo de rotação fixo no espaço
Movimento dos Pólos
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Efeitos do movimento dos Pólos
EquadorEquador
• Mudança na Latitude de um local• Mudança na Longitude de um local• Efeitos na hora baseada na passagem meridiana
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Variação da posição do Pólo Norte
Linha cheia: variação média entre 1900 e 2000. Linha tracejada: variação ao longo dos anos, entre 2001 e 2006
0,1” = 3m
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Variação do período de rotação da Terra em 120 dias
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Variação do período de rotação da Terra em 35 anos
Fonte: International Earth Rotation Service - www.iers.org
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Tipos de Tempo Universal
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UT0É o Tempo Universal calculado diretamente a
partir das observações astronômicas
TSVL = a + H
TSML = TSVL - Eq.E
TSMG = TSML + l
UT0 = [ TSMG - TSMG0hUT ] / ff = 1,00273790935
H : dado observado
àEquação dos equinócios:Diferença entre TSML e TSVL
Lembrar: TSV leva em conta a precessão e a nutaçãoTSM leva em conta apenas a precessão
Razão Dia Solar / Dia Sideral ß
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UT1PNC
PNI
Eq. Convencional
Eq. Instantâneo
Z
Teoria de Euler(séc. XVIII)
Se um corpo não esférico é posto
em rotação em torno de um eixo
que não coincide com o eixo de
simetria (eixo de figura), então o
pólo instantâneo de rotação roda
em torno do eixo de figura com
movimento circular.
Muda o UT
Se muda a posição do PNI
Muda a posição do meridiano local
Muda o ângulo horário do astro
UT1 = UT0 + [Correções devido ao Movimento dos Pólos]
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UT2
O UT2 é o UT1 corrigido dos efeitos causados pelas
irregularidades na rotação da Terra por causa de efeitos
sazonais
UT2 = UT1 + [Cor. devido aos Efeitos Sazonais]
Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez0
0,01
0,02
0,03
-0,03
-0,02
-0,01
UT2
-U
T1 (e
m s
)
A redistribuição de massas da atmosfera em diferentes estações causa variações na
velocidade de rotação da Terra
PN
PS
PN
PS
PN
PS
PN
PS
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Definições de tempo
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Tempo das Efemérides
Unidade do Tempo ds Efemérides:
1s TE = (AT1900) / 31.556.925,9747
É o tempoperfeitamente uniforme
das equações de movimentoda mecânica clássica.
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Tempo Dinâmico
É o tempo obtido a partir das equações dos movimentos dos corpos do Sistema Solar
estudados sob o ponto de vista da Mecânica Clássica
ATENÇÃO: Existem outras definições de tempo que incluem os postulados da Teoria da Relatividade Geral
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TempoAtômico
Próton +NêutronElétron -
Convenção
NívelFundamental
Átomo nêutro
Átomo excitado
NívelExcitado
Átomo neutro
l , T
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Segundo Internacional(01 jan 1972)
É o intervalo de tempo correspondente a9.192.631.770
períodos da radiação emitida durante a transição entre dois níveis hiperfinos do
estado fundamental do átomo deCésio 133
l , T
Césio
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Tempo Dinâmico e Atômico
TTA
I
TE
32,1
84 s
TD
1984
Tempo Uniforme
TE = TDT
TDT = TAI + 32,184s
TDB = TDT + a.sen g + b.sen 2gg = anomalia média do Sol
TDT = Tempo Dinâmico TerrestreTDB = Tempo Dinâmico Baricêntrico (inclui a TRG)
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Tempo Universal CoordenadoT
TAI
TE
32,1
84 s
TD
UT1
UTC
Salto = ±1s
1984 Tempo Uniforme
UTC = TAI + BinteiroB : |UTC-UT1| < 0,7s
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Sucessão dos segundos no UTC
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Segundo intercalado e retirado
58 59 60 00s 01 0255s 56 57Segundo
intercalado
Atrasar de1 segundo
10m 10 10 10 10 10m 11m 11 11
58 59 00s 01 02 0355s 56 57Seqüêncianormal
10m 10 10 10 10 11m 11 11 11
58 00s 01 02 0355s 56 57 04
59
Segundoeliminado
Adiantar de1 segundo
10m 10 10 10 11m 11 11 11 11