我们在讲课本内容的过程中,会将一些课本上没有明确提到,但是在应用时必须知道的内容一并讲出来,目的是为了保持知识的连续性,帮助同学们更好地理解课本的内容。
看一下如何计量时间。我们学过时间可以表征物体运动的持续性,因此可以通过运动来计量时间。已知其运动规律的物理过程都可以用来计量时间,通常采用那些能够重复的周期现象。
自然界的许多重复现象中,人们习惯采用地球自转作为时间的计量基准,地球的自转表现为太阳东升西落,白天与黑夜交替。生活中人们把太阳连续两次经过某一处子午面的时间间隔叫做当地的一日。一年大约365日,1日24小时,每小时60分钟,每分钟60秒。
利用地球的自转运动计时,从古代开始东西方都发明了不少工具。例如日晷,它是一种利用太阳投射的影子来测定时刻的装置。在地球参考系中,太阳相对地球周期性运动,因此阳光通过晷针投射的影子也是周期性运动的。通过判断影子的位置就能知道时刻。
据记载,人类使用日晷的时间非常久远,古巴比伦人在远古时代的6000年前就开始使用了,中国在3000年前的周朝开始使用。日晷的外貌变化非常多。
中国成都的日晷
塞浦路斯利马索尔镇的日晷
在晚上没有太阳的时候,人们就根据星空的周期性变化发明了星盘等夜间测试仪。
星盘上有天空和星星的背景,在表盘上可以读取月份和星星的标志。在六分仪发明之前,是用于天文测量的仪器
除了地球的自转之外,在太阳系的各种运动中能准确观察而足以用作时钟的周期性运动,还有地球绕太阳的公转,月球绕地球的公转,木星和金星绕太阳的公转,木星的四颗卫星绕木星的公转等。
还有一些计时工具利用了其它物体的周期性,比如沙漏,摆式挂钟,座钟,怀表,手表等等。
沙漏
摆式挂钟
中国传统座钟
怀表
手表
实验室常用的计时工具有停表,打点计时器,电火花计时器,光电门计时系统等等。
停表
电磁打点计时器
电火花打点计时器
数字计时系统
现代随着对微观世界认识的深入发展,以及对微波技术的进一步掌握,人们利用某些分子或原子固有不变的振动频率作为时间的计量基准。因为原子从一种能量状态到另一种能量状态所发射出的电磁波频率非常稳定,科学家就利用这种原子的固有频率制成了大量的原子钟,它们的精度比基于地球自转的时钟高几十倍或几百倍以上。
1967年第十三届国际计量大会决定采用铯原子钟作为新的时间计量基准,将一秒按原子标准重新定义为:地面状态的铯133原子基态两个超精细能级跃迁相对应的辐射周期的91,9263,1770倍。根据这一标准设计的原子钟可以精确到每天误差s。
目前时间是测量最准确的一个基本量。
在国际单位制中,时间和时刻的单位都是秒,符号是s;常用的单位还有分、小时等,符号分别为min和h。
1小时=60分=3600秒。
总结
由于时间可以表征物体运动的持续性,人们往往通过物体的周期性运动来计量时间,利用从宏观天体的周期性到微观世界的周期性制作出了多种多样的计时工具,自从人类发明时钟以来,400年内时间计量准确度不断的改进,取得了惊人的进步。