какие способы отсчета времени вам известны
§ 1. Механическое движение. Система отсчёта (окончание)
Описать движение тела — это значит указать способ определения его положения в пространстве в любой момент времени.
Уже на первый взгляд задача описания кажется очень сложной. В самом деле, взгляните на клубящиеся облака, колышущиеся листья на ветке дерева. Представьте себе, какое сложное движение совершают поршни автомобиля, мчащегося по шоссе. Как же приступить к описанию движения? Самое простое (а в физике всегда идут от простого к сложному) — это научиться описывать движение точки. Под точкой можно понимать, например, маленькую отметку, нанесённую на движущийся предмет — футбольный мяч (рис. 1.1), колесо трактора и т. д. Если мы будем знать, как происходит движение каждой такой точки (каждого очень маленького участка) тела, то мы будем знать, как движется всё тело.
Однако когда вы говорите, что пробежали на лыжах 10 км, то никто не станет уточнять, какая именно часть вашего тела преодолела расстояние в 10 км, хотя вы отнюдь не точка. В данном случае это не имеет сколько- нибудь существенного значения.
Введём понятие материальной точки — первой физической мо дели реальных тел.
Запомни
Материальная точка — тело, размерами и формой которого можно пренебречь в условиях рассматриваемой задачи.
Какие слова вам кажутся наиболее важными в определении материальной точки? Приведите товарищу по парте примеры ситуаций, в которых реальные объекты можно считать материальными точками. Рассмотрите ситуации, в которых для этих объектов модель материальной точки применить нельзя.
Система отсчёта. Движение любого тела, как мы уже знаем, есть движение относительное. Это значит, что движение данного тела может быть различным по отношению к другим телам. Изучая движение интересующего нас тела, мы обязательно должны указать, относительно какого тела это движение рассматривается.
Запомни
Тело, относительно которого рассматривается движение, называется телом отсчёта.
Чтобы рассчитать положение точки (тела) относительно выбранного тела отсчёта в зависимости от времени, надо не только связать с ним систему координат, но и суметь измерить время. Время измеряют с помощью часов. Современные часы — это сложные устройства. Они позволяют измерять время в секундах с точностью до тринадцатого знака после запятой. Естественно, ни одни механические часы такой точности обеспечить не могут. Так, одни из самых точных в стране механических часов на Спасской башне Кремля в десять тысяч раз менее точны, чем Государственный эталон времени. Если эталонные часы не корректировать, то на одну секунду они убегут или отстанут за триста тысяч лет. Понятно, что в быту нет необходимости измерять время с очень большой точностью. Но для физических исследований, космонавтики, геодезии, радиоастрономии, управления воздушным транспортом высокая точность в измерении времени просто необходима. От точности измерения времени зависит точность, с которой мы сумеем рассчитать положение тела в какой-либо момент времени.
Запомни
Совокупность тела отсчёта, связанной с ним системы координат и часов называют системой отсчёта.
На рисунке 1.2 показана система отсчёта, выбранная для рассмотрения полёта брошенного мяча. В данном случае телом отсчёта является дом, оси координат выбраны так, что мяч летит в плоскости XOY, для определения времени берётся секундомер.
В какой системе отсчёта лучше рассматривать движение: космонавта на Луне: автомобиля, догоняющего впереди движущийся автобус; мяча, упавшего в воду из движущейся по реке лодки?
Ключевые слова для поиска информации по теме параграфа.
Кинематика. Механическое движение. Система отсчёта
Вопросы к параграфу
1. Что называется телом отсчёта?
2. Что составляет систему отсчёта?
3. Какие способы отсчёта времени вам известны?
Образцы заданий ЕГЭ
A1. Истинность теории базируется на
А) достоверности экспериментов, лежащих в её основе
Б) экспериментальном подтверждении выводов из неё
1) только А 2) только Б 3) и А, и Б 4) ни А, ни Б
A2. Исследуется перемещение слона и мухи. Модель материальной точки может использоваться для описания движения
1) только слона 3) и слона, и мухи в разных исследованиях
2) только мухи 4) ни слона, ни мухи, поскольку это живые существа
A3. Решаются две задачи:
А. Рассчитывается манёвр стыковки двух космических кораблей.
Б. Рассчитываются периоды обращения космических кораблей вокруг Земли. В каком случае космические корабли можно рассматривать как материальные точки?
1) только в первом 3) в обоих случаях
2) только во втором 4) ни в первом, ни во втором
А4. Когда мы говорим, что смена дня и ночи на Земле объясняется восходом и заходом Солнца, то мы имеем в виду систему отсчёта, связанную с
1) Солнцем 3) планетами
2) Землёй 4) любым телом
А5. Чтобы было проще рассчитать время движения автобуса между двумя остановками, надо в качестве тела отсчёта выбрать
Как люди научились считать время
В древности существовали различные способы определять время. Солнечные часы помогали ориентироваться по тени, которую отбрасывало Солнце, перемещаясь в течение дня по небосводу. Они включали в себя шест (гномон), отбрасывающий тень, и циферблат с отметками, по которому двигалась тень. Сам принцип действия часов подразумевает их полную зависимость от Солнца, так что ночью или в пасмурную погоду этими часами было пользоваться невозможно. У разных народов древности, таких как Египет, Рим, Китай, Греция, Индия существовали свои разновидности солнечных часов, которые различались по конструкции.
Песочные часы всем нам знакомы. Они существовали и до нашей эры, в средние века их разработка была усовершенствована. Для точности часов большое значение имело качество песка и равномерность его сыпучести, он изготавливался специально. Использовался мелкий порошок черного мрамора, а также песок из свинцовой и цинковой пыли, предварительно проходивший обработку, и другие виды песка.
В Европе популярностью пользовались свечные часы, которые позволяли определять время по количеству сгоревшего воска. Эта разновидность была особенно распространена в монастырях и церквях.
Можно упомянуть и о таком способе определения времени в древности, как ориентирование по звездам. В Древнем Египте существовали звездные карты, по которым египетские наблюдатели при использовании пассажного инструмента ориентировались в ночном времени.
Следует отметить, что в древнем Египте также существовало деление дня и ночи на 12 часов, однако часы были неодинаковой длины. Летом дневные часы были длиннее, ночные короче, зимой же наоборот. Месяц по египетскому календарю состоял из 30 дней, год насчитывал 3 сезона по 4 месяца каждый. Для египтян Нил служил основой жизни, и сезоны были тесно связаны с событиями вокруг этой реки: время разлива реки (ахет), время выхода земли из-под воды и начала земледелия (перет) и время низкой воды (шему).
Новый год египтяне праздновали в сентябре, с появлением на небе звезды Сириус.
На сегодняшний день существуют и другие примеры систем отсчета времени, отражающие видение мира и традиции создавших их народов.
Как в походе определить точное время без часов
Походы заставляют человека менять не только взгляды на комфортный отдых, но и мировоззрение. Природа позволяет понять, насколько важна гармония внутри. Создать комфорт в лесу непросто, главное – уметь предвидеть возможные нестандартные ситуации. Понимание природных явлений – правильная составляющая любого путешествия.
Многие современные люди ошибочно считают, что отсчёт времени фиксируется и отображается на часах и телефонах. На самом деле, временем движет планета и природа, поэтому, зная небольшие секреты окружающего мира, можно узнать время в любой ситуации.
Немного истории
Когда-то люди жили и не представляли, что существуют часы или секундомеры. Представить подобное сложно, не так ли? Человечество двадцать первого века с трудом видит жизнь без многочисленных гаджетов и приборов. Молодые люди всё чаще задаются вопросом: как узнавали время раннее?
Солнечные часы
Существовало пять главных способов определить приблизительное время суток. Каждый метод имеет недостатки и достоинства, о которых расскажу в этой статье.
Определять время суток важно для правильного распределения заданий и целей, которые нужно выполнить. В походе с помощью времени составляется подробный план, включающий установку палатки и приготовление еды.
L Как правильно ориентироваться в лесу читаем в статье: Как определить север и юг без компаса днем и ночью
Как узнать время по солнцу
Люди встречают рассвет
Солнце – источник тепла и света. Определение времени по солнцу подходит для летнего и зимнего периода года, когда на улице солнечная ясная погода. Главным минусом считается невозможность использовать солнце для определения времени ночью и в пасмурную погоду.
Узнаём, сколько времени по звёздам
Минусом подхода считается то, что использовать его можно в ясную погоду, а также невозможно определить время в Северном полушарии зимой. Точность метода плохая, но иногда это единственная возможность узнать время.
Определение времени по звездам
Как определить время по звёздам?
Первоначально нужно найти на небе Большую медведицу. Для этого с помощью компаса находим северное направление (север-юг, запад-восток). В созвездие входят 7 звёзд, которые образуют воображаемый ковш с ручкой. Когда мы нашли в ночном небе данное созвездие, нужно сконцентрироваться на правой части ковша. Отсчитываем две звезды от правой части вверх, строим воображаемую линию. Это делается для нахождения Полярной звезды. Узнать Полярную звезду можно на выразительному яркому сиянию. Найденная звезда станет центром циферблата. Делим циферблат на воображаемые 24 деления, противоположная ручка ковша будет указывать на время.
L Как определить погоду народными средствами, читаем в статье: Способы как узнать погоду по приметам на завтра
Учимся определять время по птицам
Наблюдение за птицами помогает в любой ситуации определить примерное время суток. Способ неточный, но иногда единственный.
Птица Щегол
Во сколько просыпаются птицы?
3-4 часа ночи: крапивник (март-конец осени), зяблик (с марта—октябрь), овсянка (круглый год), пищуха (круглый год).
4 часа ночи: щегол (круглый год), скворец (март—ноябрь), канареечный вьюрок (круглый год), зеленушка (круглый год), белая трясогузка (март—октябрь), жаворонок (март—октябрь), соловей (апрель—сентябрь), камышовка дроздовидная (апрель—август).
2-3 часа ночи: горихвостка-лысушка (апрель—сентябрь), горихвостка-чернушка (март—октябрь), перепел и полевой жаворонок (март—октябрь).
3 часа ночи: иволга и кукушка (апрель—сентябрь), синица большая (круглый год), зарянка (март—ноябрь).
Когда птицы просыпаются, они начинают петь, поэтому люди с чутким слухом поймут, кому принадлежит пение.
Как узнать время по цветам
Растения чувствительны к изменению светового дня. Карл Линней изобрёл небольшую схему, по которой можно отсчитывать время.
Растение Козлобородник
Во сколько открываются цветы(в часах)?
Утром:
Вечером:
Растение Очный цвет
Во сколько закрываются цветы?
Утром:
Растение
Днём:
Вечером:
Заключение
В дали от цивилизации, в походе, многие привычки которые сопутствовали человеку, не работают. Поэтому важно уметь пользоваться природными богатствами и наблюдать за окружающей средой. С их помощью каждый человек имеет возможность определить время в походе. Произвести необходимый отсчет времени для возвращения, либо рассчитать продолжительность движения до определенной точки маршрута. Если человек заблудился, то ему важно до начала ночи найти верный путь. Отслеживание времени — необходимый и безопасный аспект любого похода.
L Что делать, если заблудился в лесу? Рассказываю об этом в моей статье: «Если заблудился в лесу. Правила поведения в нештатной ситуации».
Дорогие читатели, подписывайтесь на канал, чтобы оставаться в курсе интересной информации и походной жизни. Начните жить активно и весело.
Физика для чайников: что такое время
Попробуйте сходу дать точное определение: что такое время? Мысль вертится вокруг этого понятия, пытается ухватиться, но вот сформулировать однозначное определение сложно. Есть разные концепции и трактовки времени в философии, физике, метрологии.
В классической механике и теории относительности используются совершенно разные концепции времени. В первом случае время характеризует последовательность событий, происходящих в трехмерном пространстве. Во втором рассматривается еще и как четвертая координата.
Что такое время?
Течение времени – совершенно естественное явление. Время идет, все вокруг меняется, происходят разные события. Именно поэтому о времени с точки зрения физики, в первую очередь, стоит говорить в контексте событий.
Если бы вокруг ничего не происходило, понятие времени не имело бы традиционного смысла. Другими словами, без событий времени не существует. Итак:
Время – мера того, как меняется окружающий мир. Время определяет длительность существования объектов, изменение их состояний и процессы, протекающие в них.
В системе СИ время измеряется в секундах и обозначается буквой t.
Как люди измеряли время?
Синодический месяц – время от одного новолуния до другого. За синодический месяц Луна совершает оборот вокруг Земли.
Древним людям ничего не оставалось, как привязать отсчет времени к движению небесных тел и событиям, связанным с ним. А именно – к смене дней, ночей и сезонов года.
В году 4 сезона и 12 месяцев. Именно столько раз за весну, лето, осень и зиму Луна меняет свои фазы.
По мере развития прогресса методы измерения времени совершенствовались, появились солнечные, водяные, песочные, огненные, механические, электронные и, наконец, молекулярные часы.
Часы FOCS 1 Часы FOCS 1 в Швейцарии измеряют время с погрешностью хода около одной секунды за 30 миллионов лет. Это очень точные часы, но через 30 миллионов лет их все же придется «подвести».
Почему в часе 60 минут, в минуте – 60 секунд, а в сутках – 24 часа?
Сразу оговоримся, что изложенное ниже во многом является личными предположениями автора, сделанными на основе исторических сведений. Если у наших читателей появятся уточнения или вопросы, мы будем рады видеть их в обсуждениях.
Древним народам нужна была какая-то основа, чтобы строить свои системы счисления. В Вавилоне за такую основу было взято число 60.
Именно благодаря шестидесятеричной системе счисления, придуманной шумерами и позже распространившейся в Древнем Вавилоне, окружность содержит 360 градусов, градус – 60 минут, а минута – 60 секунд.
Год можно представить в виде окружности, содержащей 360 градусов. Возможно, число 360 в данном контексте взялось оттого, что в году 365 дней, и эту цифру просто округлили до 360.
Когда-то самой короткой единицей измерения времени был час. Древние вавилоняне были сильными математиками и решили ввести меньшие единицы времени, используя свое любимое число 60. Поэтому, в часе 60 минут, а в минуте 60 секунд.
Но почему день делится на 12 часов? За это нужно сказать спасибо древним египтянам и их двенадцатиричной системе. День и ночь делились на 12 раных частей, считаясь разными царствами бытия. Скорее всего, первоначально использование числа 12 связано с количеством оборотов Луны вокруг Земли за год.
Самая большая единица измерения времени
Самая большая единица измерения времени – кальпа. Кальпа является понятием из индуизма и буддизма. Она равняется примерно 4,32 миллиардам лет, что совпадает с возрастом Земли с точностью до 5%.
Как в голову древним индуистам пришли такие цифры? Ответа на этот вопрос мы не знаем, но вся система как будто говорит нам, что тогда люди знали о Вселенной немного больше, чем мы.
Представление о времени
Кальпу в индуизме еще называют «днем Брахмы». День сменяется ночью, равной ему по продолжительности. 30 дней и ночей составляют месяц, а год состоит из 12 месяцев. Вся жизнь Брахмы – 100 лет, по прошествии которых мир погибает вместе с ним.
Если перевести сто лет Брахмы в наши традиционные годы, получится 311 триллионов и 40 миллиардов лет! Нынешнему Брахме 51 год.
Кальпа – самая большая единица измерения времени согласно книге рекордов Гиннеса.
Первые часы
Сначала было достаточно палочки, на которой каменным топором можно делать зарубки и тем самым отсчитывать прошедшие дни. Но это скорее был календарь, а не часы.
Первые и самые древние часы – солнечные. Их действие основано на изменении длины тени предметов по мере того, как солнце движется по небосводу. Такие часы представляли собой гномон – длинный шест, воткнутый в землю. Солнечные часы применялись в Древнем Египте и Китае. О них было доподлинно известно уже в 1200 году до нашей эры.
Солнечные часы в Китае
Затем появились водяные, песочные и огненные часы. Работа этих механизмов не была привязана к движению небесных светил. Долгое время водяные часы были главным инструментом для измерения времени.
Первые механические часы были изготовлены китайскими мастерами в 725 году нашей эры. Однако широкое распространение они получили относительно недавно.
В средневековой Европе механические часы устанавливались в башнях соборов и имели только одну стрелку – часовую. Карманные часы появились только в 1675 году (изобретение запатентовал Гюйгенс), а наручные – намного позже.
Первые наручные часы были исключительно женским аксессуаром. Они представляли собой богато украшенные изделия, точность хода которых отличалась огромными погрешностями. У уважающего себя мужчины не могло быть и мысли о том, чтобы носить наручные часы.
Современные часы
Сейчас механические или электронные часы есть у каждого. Они измеряют время с относительно небольшими погрешностями. Однако самыми точными часами в мире являются атомные часы. Их еще называют молекулярными или квантовыми.
Как мы помним, для определения единицы времени необходим какой-то периодический процесс. Когда-то самой короткой единицей был день. То есть единица измерения время была привязана к периодичности восхода и заката солнца. Потом минимальной единицей стал час, и так далее.
С 1967 года, согласно международной системе СИ, определение одной секунды привязано к периоду электромагнитного излучения, возникающего при переходе между сверхтонкими уровнями основного состояния атома Цезия-133. А именно: одна секунда равна 9 192 631 770 таким периодам.
Время в физике
На данный момент не существует определенной и единой концепции определения времени в физике.
В классической механике время считается непрерывной, априорной и ничем не определяемой характеристикой мира.
Для измерения времени используется какая-либо периодическая последовательность событий. В классической физике время инвариантно относительно любой системы отсчета. То есть во всех системах события происходят одновременно.
Как найти время в физике? Простейшая формула, определяющая связь между пройденным путем, скоростью и временем, известна каждому школьнику и имеет вид:
Более подробно об основах классической механики читайте в нашей отдельной статье.
Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы
Термодинамика говорит, что время необратимо. Необратимо по причине возрастания энтропии замкнутой системы. Кстати, в нашем тематическом материале читайте о том, что такое энтропия.
Но самое интересное начинается в релятивистской физике. Приведем цитату Стивена Хокинга, физика, написавшего краткую историю времени.
Нам приходится принять, что время не отделено полностью от пространства и не независимо от него, но вместе с ним образует единый объект, который называется пространством-временем
Также в релятивистской физике время перестает быть инвариантом и можно говорить об относительности времени. Другими словами, ход времени зависит от движения системы отсчета.
Это так называемое релятивистское замедление времени. Если часы находятся в неподвижной системе отсчета, то в движущемся теле все процессы происходят медленнее, чем в неподвижном. Именно поэтому космонавт, путешествующий в космосе на супер скоростном корабле, практически не постареет по сравнению со своим братом близнецом, оставшимся на Земле.
Релятивистское замедление времени
Помимо релятивистского существует гравитационное замедление времени. Что это такое? Гравитационное замедление времени – изменение хода часов в гравитационном поле. Чем сильнее поле гравитации, тем сильнее замедление.
Вспомним о том, что секунда – это время, за которое атом изотопа цезия совершает 9 192 631 770 квантовых переходов. В зависимости от того, где находится атом (на земле, в космосе, вдали от любого объекта или у черной дыры) секунда будет иметь разные значения.
Поэтому и время процессов, связанных с данной системой отсчета, будет отличаться. Так, для наблюдателя у горизонта событий Шварцшильдовской черной дыры время практически остановится, а для наблюдателя на Земле все произойдет почти мгновенно.
Людей всегда волновала тема путешествий во времени. Предлагаем вам посмотреть научно-популярный фильм на эту тему и напоминаем, что если у вас совершенно нет времени на учебные дела, наш студенческий сервис всегда поможет справится с актуальными задачами и проблемами.
Иван Колобков, известный также как Джони. Маркетолог, аналитик и копирайтер компании Zaochnik. Подающий надежды молодой писатель. Питает любовь к физике, раритетным вещам и творчеству Ч. Буковски.