Как работают часы. Цезиевые часы, зачем нам точное время и частота. Калибровка секундомера, календари и история.

Часы работают, считая периодические события с известной частотой. Например, маятник в напольных часах качается вперед и назад с одной и той же скоростью, снова и снова, а шестерни «считают» качели. Плечо маятника регулируется таким образом, чтобы каждый полуоборот занимал одну секунду. Один цикл в секунду равен 1 герцу (Г

В кварцевых часах (как и в большинстве наручных часов) кусок кварцевого кристалла вырезается и используется в электронной схеме, где он вибрирует с определенной частотой (обычно 32 768 Гц). Частота "подсчитывается" путем деления ее на 32 768, что равняется одной секунде "тактов". Тики используются для увеличения секунд на часах. Разделив высокую частоту на низкую, можно повысить точность. Например, если полуколебание маятника на самом деле отклоняется на 0,1 Гц, то «дедушкины» часы будут отклоняться на одну секунду за десять секунд. Если частота кварца на часах отключена на 0,1 Гц, часы будут отключаться на одну секунду через 327 680 секунд или, примерно, на 0,26 секунды в день.

В атомных часах существует естественная тенденция атомов изменять уровни энергии, когда они подвергаются воздействию очень определенных («резонансных») частот. Если можно сгенерировать правильную частоту, чтобы атомы изменились, то эту частоту можно подсчитать или разделить и сравнить. В этом случае генерируемая частота - это «галочка». Преимущества атомных часов заключаются в том, что резонансные частоты являются естественными свойствами (не созданными руками человека) и что это очень высокие частоты, измеряемые миллиардами герц. Если бы атомные часы были отключены на 1 Гц, а частота была 1 ГГц (1 миллиард Гц), то они были бы на одну секунду через 31,7 года или, примерно, 86 микросекунд (0,000086 с) в день.

Лучшие цезиевые генераторы (такие как NIST-F1) могут создавать частоту с погрешностью около 3 x 10 <sup>-16.</sup>, что соответствует временной ошибке около 0,03 наносекунды в день или около одной секунды за 100 миллионов лет.

Почему используются цезиевые атомные часы?
С 1967 года Международная система единиц (СИ) определяет вторую как период, равный 9 192 631 770 циклам излучения, что соответствует переходу между двумя энергетическими уровнями основного состояния атома цезия-133. Это определение делает цезиевый осциллятор (иногда называемый атомными часами) основным эталоном для измерения времени и частоты. Другие физические величины, такие как вольт и метр, также полагаются на определение секунды как часть их собственных определений.

Почему нужно так точно измерять время и частоту?
Точная синхронизация времени и частоты имеет множество применений в повседневной жизни. Синхронизация между двумя или более местами необходима для высокоскоростных систем связи, банковских и фондовых операций, а также для передачи всего, от электронной почты до сигналов гидролокатора на подводной лодке. Энергокомпании используют точное время для регулирования электрических сетей и снижения потерь электроэнергии. Радиостанциям и телевизионным станциям требуется точное время суток и частота для трансляции программ. Базовые станции мобильных телефонов должны иметь стабильные и точные генераторы, чтобы обрабатывать большие объемы передаваемых и принимаемых данных.

Точные измерения времени также важны для точной навигации и поддержки связи на Земле и в космосе. Научные организации, такие как НАСА, полагаются на надежное и последовательное измерение времени для таких проектов, как межпланетные космические путешествия и передачи. Частичные различия во времени между космическим зондом и наземными станциями слежения могут существенно повлиять на управление и положение космического корабля. Точные измерения времени также необходимы для радионавигационных систем, таких как Глобальная система определения местоположения (GPS). Атомные часы на борту спутников GPS синхронизированы друг с другом с точностью до наносекунд. Это позволяет GPS-приемнику рассчитывать свое местоположение с точностью до нескольких метров.

Как калибруются секундомеры и таймеры?
Секундомеры и таймеры можно откалибровать, проводя отслеживаемое сравнение с официальным источником времени звука, таким как радио или телефонная трансляция NIST . Существует несколько действенных методов калибровки секундомеров и таймеров, включая использование специализированного оборудованКаково происхождение часов, минут и секунд?
Солнечные часы, описанные в 1300 году до нашей эры, показывают, что египтяне определили дневной цикл, который состоял из десяти часов дневного света от восхода до заката, двух часов сумерек и двенадцати часов ночи. Их календарный год был разделен на 36 деканов, каждый по десять дней плюс пять дополнительных дней, что в сумме составило год в 365 дней. Каждый декан соответствовал одной трети зодиакального знака и был представлен созвездием декана. Ночь соответствовала примерно двенадцати деканам, полдня - восемнадцати деканам. Подобно системе, используемой в восточных часах, ночь была разделена на двенадцать часов с сезонными вариациями продолжительности часа. Позже эллинистические астрономы ввели равноденственные часы равной продолжительности.

Вавилоняне (примерно 300–100 гг. До н.э.) проводили астрономические вычисления в шестидесятеричной системе счисления (основание 60). Это было чрезвычайно удобно для упрощения деления времени, так как 60 делится на 2, 3, 4, 5, 6 и 10. То, что мы сейчас называем минутами, происходит от первого шестидесятеричного дробного разряда; вторая дробная позиция - начало второй.

Что такое юлианская дата и модифицированная юлианская дата
Юлианская дата - это интервал времени в днях и долях дня, начиная с полудня по Гринвичу, 1 января 4713 г. до н.э. Это было введено астрономами для обеспечения единой системы дат, которую можно было бы использовать при работе с разными календарями. Юлианская дата для дня, начинающегося в полдень по Гринвичу 1 января 2010 г., была 2455198. Для этого дня в 18:00 по Гринвичу юлианская дата будет 2455198,25.

Поскольку юлианская дата является таким большим числом, часто используется модифицированная юлианская дата (MJD), поскольку она ссылается на гораздо более позднюю эпоху. MJD - это юлианская дата минус 2400000,5, что эквивалентно количеству дней, прошедших с 17 ноября 1858 года. Разница в полдня корректирует результат так, что MJD ссылается на современную границу дня - полночь, а не полдень. Использование MJD полезно для определения интервала между двумя днями без использования календарных дат. MJD на 1 января 2010 г. составил 55198.

   
snowflake snowflake snowflake snowflake snowflake snowflake snowflake snowflake snowflake snowflake snowflake snowflake snowflake snowflake snowflake snowflake snowflake snowflake snowflake snowflakeWordpress snowstorm powered by nksnow
Все попытки украсть контент с сайта будут караться по закону.