INTRODUÇÃO AOS SISTEMAS DE MEDIÇÃO DE TEMPO

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1 Astrolábio Islâmico 1480 INTRODUÇÃO AOS SISTEMAS DE MEDIÇÃO DE TEMPO Prof. Carlos Aurélio Nadal Curso de Pós-Graduação em Ciências Geodésicas

2 INTRODUÇÃO Astrolábio de Gualteris Arsenius 1572 Que horas são? Como está o tempo? As respostas dependem das circunstâncias e acuracidade. Fazendeiro sombra de uma haste hora do almoço Pessoas relógio ± calibrado atividades diárias Aplicações relógio atômico TV e computadores Relógios não são perfeitos eivados de erros Não se conhece a respostada 1 a pergunta

3 INTRODUÇÃO Século XV grandes navegações: - Latitude uso do sextante (passagem do Sol pelo SMS) -Longitude (relógio preciso?) pessoas morrem em 4 naufrágios 1714 premio de $ posicionamento no mar ± 30 milhas náuticas (erro do relógio ±3s/dia) 1736 Cronômetro de Harrison 1s/dia James Cook mapeou as Ilhas Polinésias

4 INTRODUÇÃO Prof. DR. Carlos Aurélio Nadal - Sistemas de Referência e Tempo em Geodésia Aula 13 Relógios a bordo necessidade de sincronização Inglaterra navegando no Rio Tamisa visualizava-se uma esfera que caia às 13h 1884 Conferência Internacional do Meridiano Adotou o Meridiano do Observatório de Greenwich materializado pela Luneta Meridiana de Airy como origem. GMT (Greenwich Mean Time) é adotado como padrão de tempo por mais de um século; baseado no tempo solar médio

5 INTRODUÇÃO Prof. DR. Carlos Aurélio Nadal - Sistemas de Referência e Tempo em Geodésia Aula 13 UTC (Tempo Universal Coordenado) substituí o GMT baseado na definição do segundo e vezes mais preciso. Melhor precisão de medida na atualidade é do segundo ±0,3 nanosegundo (±1s/10milhões de ano) a GCPM Conference Générale des Poids et Mesures Metro: é o comprimento percorrido pela luz no vácuo durante o intervalo de tempo 1/ do segundo.

6 INTRODUÇÃO (futuro) Relógio de Quartzo é hoje um elemento essencial de rádios, radares, televisão e rastreadores GPS. Tempo GPS com 24 satélites em órbita cada um com um relógio atômico à bordo sincronizados disponíveis em qualquer ponto da Terra Arecibo (radio telescópio) descoberto um pulsar com período uniforme 1, ms LASER Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation gera freqüências estáveis padronizadas MASER Microwave Amplification...

7 INTRODUÇÃO Evolução da medida do tempo Fonte: Agilent Na 1289 The Science of Timekeeping Application Notes

8 DEFINIÇÕES FUNDAMENTAIS INSTANTE: conceito primitivo quando o evento ocorreu. ÉPOCA: instante tomado como origem de contagem de tempo. DATA: instante de ocorrência de um evento estudado. INTERVALO: tempo decorrido quanto ESCALA DE TEMPO: padrão utilizado para medir intervalos

9 Sistemas de medição de tempo TEMPO UNIVERSAL (UT) no qual a unidade de duração representa o dia solar, definido para ser o mais uniforme possível, mesmo tendo em vista as variações no movimento de rotação da Terra.

10 Sistemas de medição de tempo TEMPO SIDERAL (TS) no qual a unidade de duração é o período da rotação da Terra utilizando como referência um ponto aproximadamente fixo com respeito às estrelas

11 Sistemas de medição de tempo TEMPO ATÔMICO INTERNACIONAL (TAI) no qual a unidade de duração corresponde a um número definido de comprimentos de onda de radiação de um determinado isótropo, ou seja, baseado nas propriedades quânticas de um átomo.

12 Sistemas de medição de tempo TEMPO DINÂMICO (TD) Substituiu o tempo das efemérides (TE) no qual a unidade de duração é baseada no movimento orbital da Terra, Lua ou Planetas.

13 Sistemas de medição de tempo TEMPO SIDERAL INTERVALO: Dia Sideral: intervalo de tempo decorrido entre duas passagens consecutivas do ponto vernal pelo mesmo SMS Dia sideral médio: ponto vernal médio Dia Sideral aparente: ponto vernal aparente 1d (S) = 24h (S) 1h(S) = 60 min (S) 1min (S) = 60s (S)

14 Sistemas de medição de tempo TEMPO SIDERAL PN Z SMS Q Q S = H N PS

15 Sistemas de medição de tempo TEMPO SIDERAL INSTANTE: Hora Sideral Local: ângulo horário do ponto vernal Hora sideral média: ponto vernal médio Hora Sideral aparente: ponto vernal aparente S m = H m S a = H a Equação dos Equinócios: EE = S a - S m = H m - H a

16 MEDIÇÃO DO TEMPO SIDERAL (MÉTODO DE MAYER) Q a Z A z s H PS a = erro de azimute b = erro de inclinação c = erro de colimação óptica No meridiano H n W b H s S = PN W Equação de Mayer N Q = T + u + a sen ( - ) sec + b cos ( - ) sec + c sec

17 Círculo Meridiano instrumento utilizado na determinação da hora

18 INTERVALO: Prof. DR. Carlos Aurélio Nadal - Sistemas de Referência e Tempo em Geodésia Aula 13 Sistemas de medição de tempo TEMPO SOLAR VERDADEIRO Dia Solar verdadeiro: intervalo de tempo decorrido entre duas passagens consecutivas do centro do Sol pelo mesmo SMS 1d (SV) = 24h (V) 1h(V) = 60 min (V) 1min (V) = 60s (V)

19 INSTANTE: Prof. DR. Carlos Aurélio Nadal - Sistemas de Referência e Tempo em Geodésia Aula 13 Sistemas de medição de tempo TEMPO SOLAR VERDADEIRO Hora solar verdadeira (V): é o ângulo horário do Sol acrescido de 12h V = H S + 12h Relógio de Sol Campinas-SP

20 2 a Lei de Kepler Lei das áreas v 1 T 2 d 1 v 2 d 2 T 3 T 1 T 4 afélio Sol perihélio Raio vetor que une o Sol a um planeta varre áreas iguais em tempos iguais. v 1 > v 2 (velocidades tangenciais no trecho)

21 SOL MÉDIO Prof. DR. Carlos Aurélio Nadal - Sistemas de Referência e Tempo em Geodésia Aula 13 SOL MÉDIO: é um ponto fictício que percorre o equador celeste com velocidade constante, durante o mesmo período que o Sol verdadeiro percorre a eclíptica. Característica: dias de igual duração durante um ano. Equação do Sol médio: m = 0 m = 67310,54841s ,812866s T+0,093104s T 2-6,2x10-6 s T -3 T = (JD )/36525

22 INTERVALO: Prof. DR. Carlos Aurélio Nadal - Sistemas de Referência e Tempo em Geodésia Aula 13 Sistemas de medição de tempo TEMPO SOLAR MÉDIO Dia Solar médio: intervalo de tempo decorrido entre duas passagens consecutivas do sol médio pelo mesmo SMS 1d (SM) = 24h (M) 1h(M) = 60 min (M) 1min (M) = 60s (M)

23 INSTANTE: Prof. DR. Carlos Aurélio Nadal - Sistemas de Referência e Tempo em Geodésia Aula 13 Sistemas de medição de tempo TEMPO SOLAR MÉDIO Hora solar média (M): é o ângulo horário do Sol médio acrescido de 12h M = H SM + 12h

24 IRREGULARIDADES DO TEMPO ROTACIONAL MOVIMENTO DO PÓLO: 1884 Küstner descobre a variação da latitude do lugar amplitude aproximada: ± 0, Chandler explica o movimento dos pólos

25 Prof. DR. Carlos Aurélio Nadal - Sistemas de Referência e Tempo em Geodésia Aula 13 IRREGULARIDADES DO TEMPO ROTACIONAL Teoria clássica: movimento de um corpo rígido(elipsóide de revolução sem forças externas Sol e Lua) 1) Ao redor de um ponto fixo situado no centro do corpo gira em torno do seu eixo principal de inércia (epi) W (velocidade angular) =constante e uniforme direção do eixo invariável no espaço. 2) Em torno de um eixo instantâneo (ei) diferente do epi o ei descreve um cone em torno do epi Euler demonstrou para um corpo rígido que o pólo Instantâneo descreve uma polódia circular em 305 dias Em torno do pólo de inércia.

26 IRREGULARIDADES DO TEMPO ROTACIONAL Chandler verificou observacionalmente que: 1) Deslocamento anual semi-amplitude ± 0,1 devido a causas meteorológicas; 2) Descolamento com período de 427 dias com amplitude de 0,2 devido a propriedade elásticas da Terra (período de Chandler)

27 IRREGULARIDADES DO TEMPO ROTACIONAL Movimento do pólo entre 28 de setembro de 1980 a 27 de julho de 1990 (triângulos marcam o início de cada ano)

28 IRREGULARIDADES DO TEMPO ROTACIONAL Componentes x e y do movimento do pólo entre 1899,9 a 1979,0

29 Efeitos do Movimento dos Pólos Na latitude: - média = = X p cos - Y p sen Na longitude = (X p sen + Y p cos ) tg No azimute a = (X p sen + Y p cos ) sec No Tempo TU UT0 UTC = (X p sen + Y p cos ) tg + + (UT1- UTC)

30 IRREGULARIDADES DO TEMPO ROTACIONAL Variação secular da velocidade da Terra Periódicas ou sazonais causas marés, tectônicas, meteorológicas Decréscimo secular na velocidade de rotação Velocidade de rotação passou de 7,98 x10-5 rad/s para 7,29x 10-5 rad/s em 300 milhões de ano Variações irregulares

31 IERS International Earth Rotation Service atividades: 1/01/1988 sob patrocínio IAU e IUGG Substituiu BIH Bureau International de L Heure IPMS International Polar Motion Service Objetivo: determinação e predição da orientação da Terra intercalação do segundo no UTC Bulletin A tempo e movimento do pólo observações Bulletin B predição por curvas alisadas

32 TIPOS DE TEMPO UNIVERSAL UT0 é o tempo solar médio do meridiano de Greenwich obtido diretamente de observações astronômicas locais UT1 é o UT0 corrigido dos efeitos de pequenos movimentos da Terra relativos ao movimento do pólo UT1 = UT0 + UT2 é o UT1 corrigido dos efeitos de pequenas flutuações Sazonais na variação da rotação da Terra

33 TEMPO ATÔMICO INTERNACIONAL (TAI) DEFINIÇÃO DO SEGUNDO (SI) O segundo (s) é a duração de períodos da radiação correspondente à transição entre os dois níveis hiperfinos do estado fundamental do Césio a CGPM 1967, Resolução 1 Relógios atômicos podem facilmente reproduzir esta Definição, tais como: Césio, Rubídio e Maser Hidrogênio TAI é uma escala de tempo coordenada, definida por um sinal de referência geocêntrico como a unidade da escala se segundo do SI, realizada pelo geóide em rotação, com relógios fixos em relação à Terra ao nível do mar.

34 TEMPO UNIVERSAL COORDENADO (UTC) UTC é a escala de tempo mantida pelo BIPM (IERS) que forma a base de uma disseminação coordenada de freqüências padrão de sinais horários. Ela possuí a mesma marcha que o TAI diferindo dele por um número inteiro de segundos. Em 1 de julho de 1997 DTU1 = UT1 UTC TAI TUC = 31s

35 TEMPO UNIVERSAL COORDENADO (UTC) Segundo intercalado positivo evento segundo intercalado de junho 1 de julho data do evento 30 de junho, 23h 59 min 60,6s 23h 59 min 0h 0min Segundo intercalado negativo evento de junho 1 de julho data do evento 30 de junho, 23h 59 min 58,9s 23h 59 min 0h 0min Intercalação de 1s TUC

36 FUSOS HORÁRIOS HORA LEGAL = HORA DO FUSO HORÁRIO (HORA MÉDIA DO MERIDIANO CENTRAL) T U V S R Q P W O X Y N Z linha internacional de mudança de datas / 12 M L A 11 K C B I 10 E H D F G \ Meridiano de Greenwich DIVISÃO DA TERRA EM FUSOS HORÁRIOS

37 HORA OFICIAL DO BRASIL HORA LEGAL = UT - F

38 Prof. DR. Carlos Aurélio Nadal - Sistemas de Referência e Tempo em Geodésia Aula 13

39 TEMPO DINÂMICO (TD) TEMPO DINÂMICO TERRESTRE (TDT) representa o argumento independente para as efemérides Geocêntricas: TDT = TAI + 32,184s TEMPO DINÂMICO BARICÊNTRICO (TDB) argumento independente das equações do movimento orbital referidas ao baricentro do sistema solar TDB = TDT + 0,001658s sen g + 0,000014s sen 2g g= 357,53 + 0, (JD )

40 COORDENADAS ESPAÇO/TEMPO Em 1991 IAU adotou a relação entre espaço e tempo Tempo Terrestre (TT) (eliminado o termo dinâmico) Tempo Coordenado Geocêntrico (TCG) Tempo Coordenado Baricêntrico (TCB) Tempo terrestre : referência para efemérides aparentes geocêntricas de acordo com a definição de segundo no SI no geóide. TAI apresenta erros sistemáticos nos padrões atômicos TT é uma escala contínua de tempo