Az idő történetemúzeumpedagógiai foglalkozás

1. Az időmérés története

Az emberiség már nagyon régen megfigyelte az idő múlását és a természetben előforduló jelenségek:- a Föld forgása, keringése, - a Hold és a Nap látszólagos mozgása alapján.

Bevezető

Ebben a részben áttekintjük az időmérés történetét, alkalmazott módszereit, eszközeit.

Főbb témakörök: 1. Az időmérés elve 2. Csillagászati módszerek 3. Régi időmérő eszközök 4. Mechanikus időmérők 5. Korszerű időmérő eszközök

1. Az időmérés elve

Az idő mérése mindig valamilyen állandó, stabil csillagászati vagy fizikai jelenség alapján történik.

Időmérésre használt csillagászati jelenségek: - a Föld saját tengely körüli forgása - a Föld Nap körüli keringése, - a Hold Föld körüli keringése

Időmérésre használt fizikai jelenségek: - az inga lengésideje - kvarckristály rezgése - atomok rezgése

2. Csillagászati módszerek

Valószínűleg a leghamarabb a "napnyi" időtartam mérését ismerték fel. Elég könnyen megfigyelhető, hogy bár a világos és sötét időszakok hossza nem egyforma, de egy sötét és egy világos időszak együttes hossza mindig ugyanannyi.

Ezt az időtartamot nevezzük egy napnak. Ezt osztották később 24 órára.

Azt is hamar megfigyelhették, hogy a Hold fázisváltozásai 29,5 naponta ismétlődnek.Ezzel egy nagyobb időegység a hónap "természetes" alapjai is adottak.

Egy még nagyobb időegység csillagászati alapját adja az az időszak, amennyi alatt a Föld egyszer körüljárja a Napot (amennyi idő alatt a Nap csillagokhoz viszonyított helyzete ugyanarra a pontra ér vissza). Ezt az időszakot nevezzük egy évnek.Pontos időtartama 365 nap, 6 óra, 41 perc, 59 másodperc.

március 21.: tavaszi napéjegyenlőségjúnius 22.: nyári napfordulószeptember 23.: őszi napéjegyenlőségdecember 21.: téli napforduló

Az edelényi kastély „évszakok szobájának” falképei

• Ezeket a jelenségeket viszonylag hamar felismertékés alkalmazták időmérésre.

• A babiloniak már Kr. e. 2400-ban az évet 12 egyenlő részreés a napot 24 órára osztották fel.

• Ők és tőlük függetlenül az egyiptomiak is 365 nap és 6 óra hosszúnak mérték, ami nagyon jól megközelíti a pontos értéket.

Az ennél rövidebb időtartamok méréséhez már eszközök szükségesek, ezek a következő részekben találhatók.

A Beit El-Wali templom falképe Babiloni pecséthenger lenyomata

3. Régi időmérő eszközök (napóra, vízóra, homokóra, gyertyaóra)

A legkorábbi időmérő eszközöket a régi Egyiptomban találták fel. A napóra egy egyszerű változatát az árnyékórát használták. Ez két farúdból állt: az egyik árnyékot vetett a beosztással ellátott másikra.Később „korszerűbb„ változatot alkalmazták.

Hasonlók napjainkban is láthatók, inkább érdekességként, díszítő térplasztikaként. Az időmérő funkció nem annyira lényeges.

Ugyancsak Egyiptomban alkalmazták a vízórát rövidebb időtartamok mérésére. Az egyik edénybőla víz az edény „geometriai méretei" (térfogat, magasság, lukméret) által meghatározott időtartam alatt csepeg át a másikba.

Különösen a középkorban használták a homokórát rövidebb időtartamok mérésére. A két egymással keskeny csővel összekötött üvegedény „geometriai méretei" (térfogat, magasság, lukméret) által meghatározott időtartam alatt „pereg" át a homok a másikba. „Lejárta" után egyszerűen megfordítható és „újraindul". Európában valószínűleg már a XIV. század előtt. A XIV. százat végén ezzel mérték a bírósági felszólalások, az egyetemi hozzászólások vagy a büntetések idejét.

Rövidebb időtartamok mérésére (vagy dísznek) ma is használják.

Ugyancsak a középkorban használtak a gyertyaórát is rövidebb időtartamok mérésére. Először 900. körül említik, de bizonyára régebben is használták.Az egyenletesen égő gyertyából azonos idő alatt azonos magasságú viaszoszlop olvad le. Egy adott időtartam mérésére alkalmas.

Használták időzítésre is. Egy szeget a megfelelő osztásnál a gyertyába szúrva, amikor odáig elégett (a megfelelő időtartam véget ért) egy fémtálkába leeső szeg hangja jelezte.

4. Mechanikus időmérők

Az első mechanikus órákat a XIII. század vége felé készítették. Nagy, robosztus szerkezetek voltak, az egész templomtornyot elfoglalták. Rugó vagy mozgó súly működtette ezeket.

Az ábrán egy olasz kolostor órájának szerkezete látható a XV. századból.

Kisebb méretű, háztartásokban is alkalmazható változataik a XVI században fejlődtek ki. Ekkor jelentek meg a zsebórák és karórák is. A XX. század elején az olcsó, nagytömegben gyártott mechanikus karórák mindenki számára elérhetővé váltak.

Egy hagyományos mechanikus óraszerkezet .Az ábrán látható változat hajszálrugós szabályzású és rugós hajtású (főrugó). Alkalmaztak súlyt is a főrugó helyett.

A mechanikus órák szabályzására alkalmazott lengőretesz végzi az „időszeletelést". Ezek a szabályzók adták a mechanikus órák jellegzetes „ketyegését".

Hajszálrugós szabályzót a kisebb óraszerkezeteken használnak. Az ingás módszer nagyobb órák esetén használható.Ezek a legpontosabb mechanikus órák.

A jó minőségű, precíz mechanikus órákkal napi egy másodperces pontosság érhető el. Ez ma már nem lenne elegendő, de ma már ennél sokkal pontosabb időmérőeszközök állnak rendelkezésre.

5. Korszerű időmérő eszközök (kvarcóra, atomóra)

A hetvenes években jelentek meg az első „kvarcórák" és ezzel megkezdődött a mechanikus időmérőeszközök végkorszaka. Ezeknek a működése egy kvarckristály rezgésén alapul.Egy megfelelően csiszolt kvarckristály akár sok millió rezgésre képes másodpercenként, de a legegyszerűbb órákban 32.768 Hz-es frekvenciát alkalmaznak. Azért pont ennyit, mert ez 215, vagyis 16-szor megfelezve másodpercenként egy impulzust kapunk. Ezt már csak meg kell „számolni" egy megfelelő áramkörrel és egy kijelzőn megjelenítve kész a digitális kvarcóra.

Kvarcórák

Először elég robosztus, nagy fogyasztású LED kijelzésű kivitelben találkozhattunk velük.

Azután megjelentek a folyadékkristályos (LCD) kijelzős változatok, és egyre olcsóbbak lettek.

A nyolcvanas évek végére gyakorlatilag megszűnta hagyományos mechanikus órák gyártása. Ma már csak méregdrága, különleges, kis sorozatú órákban alkalmaznak teljesen mechanikus szerkezetet.

Az emberek általában jobban szeretika „mutatós" (analóg) megjelenítésű órákat, ezért ma leggyakrabban olyan digitális órákkal találkozhatunk, ami analóg kijelzésű. Ezekben egy kis elektromágnes léptetgeti a mechanikus mutatómozgató fő fogaskerekét.

Az ilyen kvarcórák mechanikája megegyezik a hagyományos mechanikus órákéval. A különbség mindössze annyi, hogy a másodpercenkénti impulzusta kvarc-oszcillátor jeléből leosztva, a mikroprocesszor vezérlésével egy kis elektromágnes biztosítja.

Atomórák

A korszerű technika egyre nagyobb pontosságot igényelaz időmérés terén is ezért 1955-ben kifejlesztették az úgynevezett atomórákat.Az SI (System International; nemzetközi mértékegység-rendszer) az 1 másodpercet úgy definiálja, mint a 133-as tömegszámú cézium izotóp úgynevezett hiperfinom átmeneti rezgési periódus-idejének 9.192.613.770-szeresét.Az atomóra olyan berendezés, amely a fenti periódusidő rendkívül pontos mérésével egy órát működtet.

Az atomórákban egy kemencében cézium atomokat párologtatnak el.A kijutó cézium atomok nagy sebességű nyalábban haladnak egy mágnes pár felé. A mágnesek elosztják a nyalábot attól függőem hogy a benne lévő atomok energiaelnyelési vagy kibocsátási állapotban vannak.

Az energiaelnyelésre képes atomokat egy mikrohullámú üregen áthaladva sugárzás éri, amelynek frekvenciája közel 9.192.613.770 Hz, amely megegyezik a 133-as tömegszámú cézium izotóp bizonyos energia-átmenete által elnyelt vagy kibocsátott frekvenciával. Az atomok egy része energiát nyel el a mikrohullámból.

Az NIST (Amerikai Mérésügyi Hivatal) F1 atomóra pontossága 2 x 1015/sec.

Vagyis 2000 évente 0,0001 másodperccel tér el.

Forrás:Horváth Miklós (szerkesztő): A világ működése (weblexikon)