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时间测量单位的演变

来源:网络资源 2009-09-02 20:09:36

[标签:测量]

  时间测量单位的演变

  1.世界时

  时间长河,逝者如斯。用什么办法来计时呢?时间是物质存在和运动的基本属性之一,因而应该用物质的运动过程来计量时间,而且只有均匀的、连续的运动过程才能给出精确的时间计量结果。

  “日出而作,日没而息”是人类在低水平生产力的农耕时代的生活规律,与这种生活规律相适应的计时方法是采用一种最自然、最简便的计时单位——“平均太阳日”,即以连续两次经过同一地点的天顶之间的时间间隔作为一个“平均太阳日”。这样基于地球自转的周期过程建立了人们最早的“天”的时间概念。把一个“平均太阳日”分为24等分,没一等分的时间长度称为一个“世界时”。一个世界时的1/3600称为世界时的1秒。

  我国古代的晷就是世界时的计时仪器。

  世界时的测时方法在阴雨天气遇到了严重困难。不仅如此,随着科学技术的发展,本世纪初,科学家们发现地球角速度并不恒定,除了已知的长期减小的变化以外,还有时大时小的波动。因此以地球自转为基础进行测量所得的世界时失去了均匀性。虽然每天只差千分之几秒,对人们的日常生活不会产生明显的影响,但是有些方面却需重更精确的时间,例如人造卫星、宇宙飞船的发射、导航以及回收着落等,时间上的微小误差都可能导致严重的后果。在回旋加速器中,基本粒子被加速的时间仅仅是几亿分之一秒甚至几万亿分之一秒,显然这就需要更为精确的计量时间。

  2.机械时

  任何周期过程都可被采用为一种计时方法。

  在同一地点的单摆作微幅振动的周期是一个确定的常数,即摆长为L的单摆在重力加速度为g的地点的周期为:

  。

  因此摆种就成为19世纪以前的主要计时仪器。在重力加速度值g=9.8m/s2的地点,一个摆长为L=0.99295m的单摆的周期为T=2s。这种利用钟表内部机件的机械运动来计时的方法仍然有两个很严重的缺陷:一是随着昼夜、四季温度的变化,钟摆发生热胀冷缩,致使摆长不稳定;二是由于地球不同纬度、不同高度处的重力加速度值各不相同

  (即使地面上同一点,由于地球本身处于不断变化之中,因此重力加速度值也不是一个恒定值),致使在钟表制造厂校准的摆钟运到使用地点以后就失准了。

  人们虽然可以通过调节钟摆摆长来不断校准摆钟的周期,但是无论从测时原理方面还是从使用时的操作实践方面来看,摆钟毕竟不是理想的测时、及时仪器。

  3.原子时

  由于近代科学技术的发展,物理学家们精确的测定了石英晶体原子内部电磁振荡的周期,发现这个周期极为稳定,它不受气候、地点、季节以及其它环境条件的影响,这就给精确的测时、计时提供了可靠的依据。

  4.协调时

  每个昼夜的平均时间长度是86400秒,这是人们的普通常识。可是1987年12月31日,除夕这一天,我们却在不知不觉中度过了长达86401秒的一昼夜,也就是说这一天多出了一秒钟。这时怎么回事?难道原子钟也走的不准了吗?不是。原子时的秒长极为精确,然而地球自转的快慢却在时刻变化。最近二、三十年来,地球自转的总趋势是逐渐变慢,结果使得原子时的时刻每年要比世界时的时刻大约超前0.8秒钟。从1958年到现在已超前23秒多。那么既然地球自转不稳定,我们就不去理会它,完全废除世界时行不行呢?也不行。因为有些活动离不开世界时,例如确定地球上某点的地理经度,就需要经过世界时时刻换算求出来,这时大地测量、航海、航空、航天部门所必需的。

  这么说来,难道必须同时播发世界时和原子时这两时钟号才行吗?大可不必。科学家们采取了一个折衷的办法,定义了一种新的计时系统,称为“协调世界时”,简称协调时。协调时采用原子时的秒长为基本计量单位,用这方法计量的时值仍保持原子时高度精确的特点;同时又尽量采用世界时的时刻。为此需要设置“闰秒”,即在适当的时刻加上1秒(正闰秒)或减去1秒(负闰秒)。当地球自转略快时,协调时时刻便会落后于世界时时刻,此时就对世界时负闰秒,使其某一分钟只有59秒,以使协调时的时刻赶上世界时的时刻;相反,当地球自转略慢时,协调时时刻便会超前于世界时时刻,此时就对世界时正闰秒,使其某一分钟延长到61秒,以使协调时的时刻“等齐”世界时时刻。总之,让协调时时刻与世界时时刻之差不超过秒。

  目前国际时间局规定,闰秒置于6月30日或12月31

 

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