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Medição do Tempo

Nas divisões do calendário civil, são evidentes os indícios dos critérios astronômicos empregados desde um passado remoto para medir o tempo: o dia equivale a uma rotação terrestre, a semana correspondia originalmente a uma fase da lua, o mês coincide de modo aproximado com uma lunação e o ano, com uma órbita completa da Terra em torno do Sol.

A dificuldade que existe para estabelecer uma definição de "tempo" não se verifica para medir essa grandeza. Pode-se mesmo afirmar que o tempo é a grandeza física suscetível de medição mais exata, que depende de um sistema de referência preciso, que permita especificar quando um determinado evento ocorre. O processo de evolução de qualquer fenômeno que experimenta mudanças regulares pode ser usado para medir o tempo.

Na determinação dos parâmetros temporais, distinguem-se dois elementos principais: a época, que assinala o momento em que um evento instantâneo ocorre; e o intervalo de tempo, que é a duração de um evento contínuo. Séries de eventos podem estar relacionadas a uma escala de tempo, conjunto ordenado de tempos, derivado de observações de algum fenômeno, como o movimento de rotação da Terra ou o movimento de um pêndulo.

Duas escalas de tempo básicas e independentes são a escala dinâmica, baseada na regularidade dos movimentos dos corpos celestes, e a atômica, que se fundamenta nas freqüências características de radiação eletromagnética emitida ou absorvida durante transições quânticas entre dois estados de energia de um átomo ou molécula. O decaimento de elementos radioativos pode ser usado para medir grandes intervalos de tempo.

Unidade de medida

O segundo, unidade básica de tempo, foi definido pela União Astronômica Internacional, em 1958, como a 1/31.556.925,97 parte do ano tropical de 1900. Em 1960, a Conferência Geral de Pesos e Medidas (CGPM) adotou a mesma definição para o segundo do Sistema Internacional de Unidades (SI). Em 1967, a CGPM redefiniu o segundo como 9.192.631.000 períodos da radiação absorvida ou emitida na transição entre dois níveis hiperfinos do átomo de césio 133.

Tempo civil

Até o século XVIII, utilizava-se na medição do tempo o chamado tempo solar verdadeiro, obtido diretamente da leitura dos relógios de Sol. Com as exigências da vida moderna e, em particular, com o desenvolvimento dos meios de comunicação, foi preciso unificar a hora. Passou-se então a utilizar o tempo solar médio, tempo estabelecido pelo movimento imaginário do Sol, a uma velocidade uniforme ao longo do ano.

Os astrônomos costumavam marcar o início do dia médio num lugar determinado, quando o "Sol médio" (astro fictício a partir do qual se mede o tempo solar médio) atravessava o meridiano superior desse lugar. A hora obtida nesse momento chama-se hora média astronômica. Para uso civil, porém, fixava-se o início do dia 12 horas antes, com o que se criava o dia médio civil, ou simplesmente o dia civil, no qual as horas eram contadas a partir da passagem do Sol médio pelo meridiano inferior. A partir de 1º de janeiro de 1925, os astrônomos abandonaram a hora média astronômica e passaram a empregar a hora civil, contada de 0 a 24 horas, a partir da passagem do Sol médio pelo meridiano inferior.

Com o emprego do tempo civil nas atividades públicas, cada nação procurou unificar a hora em seu território. Entretanto, os meios de comunicação impuseram a unificação em todo o mundo. Para tanto, adotou-se o sistema dos fusos horários, cujos princípios foram propostos na Conferência de Washington de 1884. Esse sistema consiste em dividir a superfície do globo em 24 fusos, correspondentes a 24 meridianos, espaçados de 15o em 15o, a partir de um meridiano de origem, para o qual foi adotado por convenção o meridiano de Greenwich. Hoje os astrônomos datam os fenômenos astronômicos em tempo civil de Greenwich, também chamado tempo universal.

Escalas

Até recentemente, a rotação da Terra fornecia a única escala de tempo de uso geral, o tempo solar médio. Outros sistemas e escalas de tempo independentes foram adotados mais tarde.

Tempo sideral

O movimento aparente das estrelas, produzido pela rotação terrestre, permite criar uma escala de tempo denominada tempo sideral. Para os astrônomos, o tempo sideral é útil porque as estrelas cruzam um meridiano celeste determinado sempre na mesma hora sideral ao longo do ano.

O dia sideral é aproximadamente quatro minutos menor que o dia solar médio de 24 horas e começa quando o ponto vernal passa pelo meridiano-origem (de Greenwich). O ponto vernal, ou equinócio de primavera, é o ponto da esfera celeste no qual o Sol, em seu movimento aparente, cruza o plano do equador, passando do hemisfério sul para o hemisfério norte.

Tempo universal

Em 1928, a hora universal (TU) substituiu a designação de hora média de Greenwich (GMT). A escala de tempo universal (TU) é a adotada por praticamente todos os países do mundo. Para determinar a hora num lugar determinado, acrescenta-se ou subtrai-se um número inteiro de horas ao tempo universal, esteja esse lugar, respectivamente, a leste ou a oeste de Greenwich. Entre dois fusos horários há uma diferença de uma hora. O tempo universal diretamente obtido da conversão do tempo civil local pela aplicação da longitude convencional em relação a Greenwich se denomina TU.

Como o meridiano de Greenwich se desloca sob influência do movimento dos pólos, há uma variação suplementar na longitude. O tempo universal TU, corrigido da influência do movimento polar, designa-se por TU1. Finalmente, o tempo TU1, corrigido da influência da variação de velocidade do movimento de rotação terrestre, denomina-se TU2. O tempo universal assim obtido não é uniforme, em conseqüência de flutuações seculares, aleatórias e imprevisíveis.

Tempo das efemérides

O tempo universal, embora seja uma escala de tempo útil às atividades públicas, não oferece uma representação do tempo com a precisão que exige a mecânica clássica, em virtude das flutuações do movimento de rotação terrestre. Por essa razão, em 1955, os astrônomos decidiram criar uma nova escala de tempo, independente da hipótese de rotação uniforme da Terra, mas ainda baseada na teoria do movimento do planeta em torno do Sol.

Essa escala de tempo, chamada tempo das efemérides (TE), se deduz, em princípio, das medições da longitude aparente do Sol. A teoria do movimento de translação da Terra pode ser desenvolvida com maior precisão que a da rotação terrestre, de tal forma que o TE é mais próximo de um tempo uniforme do que o TU2.

Tempo atômico

O uso de relógios atômicos permitiu medir o tempo de forma mais precisa do que possibilitam os meios astronômicos. O tempo atômico internacional (TAI) se baseia num sistema formado por seis relógios atômicos primários de jato de césio, construídos em laboratório, e de um número maior de relógios de césio secundários fabricados comercialmente. Esses relógios transmitem sinais para o Bureau Internacional de l'Heure, em Paris, que os utiliza para estabelecer o TAI.

Tempo universal coordenado

O tempo científico e civil internacional segue uma escala de tempo denominada tempo universal coordenado (TUC), que é na verdade a escala de tempo atômico (TAI), ajustada em alguns segundos para que coincida com a escala de tempo universal (TU1). As emissões de sinais horários dos serviços de hora existentes nos principais observatórios do mundo são efetuadas em TUC, cuja unidade é o segundo atômico (SI).

Em virtude da diminuição de velocidade de rotação da Terra, existe, num ano solar, cerca de um segundo SI a mais do que os segundos TU1. Para eliminar essa discrepância, o TUC é mantido a uma diferença de 0,9s da TU1 mediante o acréscimo de um segundo ao TUC, sempre que necessário: faz-se com que o último minuto de dezembro ou junho contenha 61 segundos. Como a diminuição da velocidade de rotação do planeta é irregular, não é possível prever o número de segundos em que o TUC deve ser atrasado para se manter próximo do TU1.

Autoria: André Novo Faria


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