Cronometria

Uma ampulheta mede um intervalo pelo escoamento da areia entre seus dois recipientes.

Cronometria é a ciência da medição do tempo. Seu estudo abrange a determinação de intervalos, a construção de escalas temporais e a comparação e sincronização de relógios. Na metrologia, essas medições se apoiam em unidades e padrões que permitem comparar resultados obtidos em lugares e momentos diferentes.

A observação dos ciclos astronômicos deu origem a calendários e a formas de dividir o dia. Relógios mecânicos, osciladores de quartzo e padrões atômicos permitiram medir intervalos cada vez menores. O segundo, unidade de tempo do Sistema Internacional de Unidades, é definido por uma frequência de transição do átomo de césio.

Terminologia

O termo reúne os elementos gregos chrónos, "tempo", e métron, "medida". A palavra também é empregada em nomes de áreas que estudam a duração de processos ou determinam idades, como a cronometria mental e a geocronometria [en].

O sentido de cronometria se sobrepõe ao de horologia, palavra que pode designar o estudo da medição do tempo e a construção dos instrumentos usados para medi-lo. Cronometragem designa a medição da duração de uma atividade com um cronômetro.

Medição do tempo

Medir um intervalo de tempo é determinar a duração entre dois acontecimentos. Um relógio pode realizar essa medição contando as oscilações de um sistema que se repete de maneira regular. O movimento de um pêndulo, a vibração de um cristal de quartzo e uma oscilação eletromagnética regulada por uma transição atômica fornecem referências para essa contagem.

A frequência é o número de ciclos por unidade de tempo. Quando a frequência de uma oscilação é conhecida, a contagem de seus ciclos permite calcular o intervalo transcorrido. A unidade de frequência é o hertz, equivalente a um ciclo por segundo. Por isso, a medição do tempo e a da frequência são estudadas em conjunto.

O segundo tem símbolo s. Sua definição fixa em 9.192.631.770 Hz a frequência da transição hiperfina do estado fundamental não perturbado do átomo de césio-133. Um segundo corresponde, assim, à duração de 9.192.631.770 períodos da radiação dessa transição. Os relógios atômicos permitem realizar essa definição em laboratório.

Padrões e escalas de tempo

A metrologia do tempo, também chamada de metrologia de tempo e frequência, estuda as medições dessas grandezas, seus padrões e a estabilidade dos osciladores [en] usados como referência.

Uma escala de tempo permite atribuir datas e horas aos acontecimentos a partir de uma origem e de uma contagem de intervalos. O Tempo Atômico Internacional e o Tempo Universal Coordenado, conhecido pela sigla UTC, são calculados pelo Escritório Internacional de Pesos e Medidas com dados de relógios mantidos por laboratórios de diferentes países. O UTC é a referência internacional para a hora civil.

Os laboratórios comparam seus relógios e mantêm realizações locais dessas escalas. A transferência de tempo [en] permite comparar e sincronizar relógios distantes, levando em conta o percurso dos sinais entre eles. Sistemas de navegação por satélite e redes de telecomunicações dependem dessa coordenação.

Resolução e incerteza

A resolução é o menor intervalo que um instrumento consegue mostrar. Um cronômetro cujo mostrador avança de 0,01 s em 0,01 s tem resolução de um centésimo de segundo. A incerteza de medição depende também do funcionamento do instrumento e do método empregado. Na medição manual, o tempo de reação de quem aciona o aparelho pode ser maior que a menor divisão do mostrador.

A calibração compara as indicações do instrumento com uma referência e permite avaliar seus desvios e a incerteza da comparação. A rastreabilidade metrológica relaciona o resultado aos padrões de referência por uma cadeia documentada de calibrações. Essas precauções permitem avaliar se a medição é adequada ao intervalo e à finalidade em questão.

Aplicações científicas

Ritmos biológicos

Ciclo circadiano humano, com variações fisiológicas ao longo do dia.

A biocronometria, ou cronometria biológica, estuda a organização temporal dos processos dos seres vivos. Os ritmos circadianos têm períodos próximos de um dia. Os ritmos circanuais [en] acompanham uma escala próxima de um ano e podem envolver migração, reprodução, muda e variações de peso corporal.

Os ritmos podem ser examinados pela alternância entre atividade e repouso. Em condições ambientais constantes, certos ritmos persistem em curso livre. A exposição a estímulos periódicos, como a alternância entre luz e escuridão, pode sincronizá-los com o ambiente.

Há ritmos biológicos em organismos unicelulares e multicelulares. Seu estudo abrange a atividade de microrganismos, a fotossíntese e as respostas de algas à luz, além da atividade de organismos marinhos em relação às marés. Nos seres humanos, os ciclos biológicos participam da regulação do sono e do metabolismo e têm relações com a saúde e a doença.

Cronometria mental

A cronometria mental, também chamada de cronometria cognitiva, usa a medição do tempo de reação para investigar o processamento de informações. Em um experimento, mede-se o intervalo entre a apresentação de um estímulo e a resposta do participante. A comparação entre tarefas permite examinar a duração e a sequência de operações perceptivas e cognitivas.

Essas medições podem ser combinadas com os potenciais de eventos relacionados, variações da atividade elétrica cerebral relacionadas à apresentação de estímulos ou à execução de respostas. A combinação fornece informações sobre etapas do processamento que o tempo da resposta final, isoladamente, não permite separar.

Geocronometria

A datação de rochas e sedimentos ajuda a estabelecer a escala de tempo geológico.

A geocronometria determina idades e durações de acontecimentos geológicos, expressas em unidades de tempo. Integra a geocronologia. A cronostratigrafia organiza as sucessões de rochas em unidades correspondentes a intervalos da história da Terra. A datação de rochas e sedimentos permite examinar episódios vulcânicos, mudanças nos oceanos e transformações ambientais.

Na datação radiométrica, a idade é calculada a partir do decaimento radioativo de determinados nuclídeos e da quantidade de seus produtos de decaimento. O cálculo depende do sistema isotópico empregado e da conservação desses materiais na amostra.

Outros métodos examinam os efeitos acumulados da radiação nos materiais. A termoluminescência é a emissão de luz por certos isolantes ou semicondutores quando aquecidos depois de absorverem energia de radiação. Ela se distingue da incandescência. Depois da liberação dessa energia, um novo aquecimento não reproduz a mesma emissão sem que o material volte a receber radiação. A luz emitida permite estimar a dose acumulada e, com a taxa de exposição à radiação, calcular o tempo transcorrido desde o evento que esvaziou essa reserva de energia.

Essas técnicas têm aplicações geológicas e arqueológicas, como a datação de instrumentos de sílex que foram aquecidos. A radioluminescência e a datação por ressonância de spin eletrônico [en] também são empregadas na investigação da idade dos materiais.

História

A alternância entre dia e noite, as fases da Lua e o ciclo das estações forneceram referências para a contagem do tempo. Certas incisões em ossos e pedras do Paleolítico foram interpretadas como contagens de ciclos lunares. Essa interpretação é discutida, pois as marcas também podem resultar de atividades sem finalidade de calendário.

Relógio de sol do Egito antigo, com divisões para as horas do dia.

O calendário civil egípcio tinha 12 meses de 30 dias e cinco dias adicionais, chamados epagômenos. A observação do reaparecimento de Sirius antes do nascer do Sol oferecia uma referência anual. Relógios de sol permitiam acompanhar o avanço do dia pela posição de uma sombra.

Os relógios mecânicos usaram movimentos oscilatórios para dividir o tempo. A aplicação do pêndulo e, depois, dos osciladores de quartzo permitiu obter referências mais regulares. No século XX, as transições atômicas passaram a fornecer a base de novos padrões de frequência. O primeiro relógio atômico foi construído em 1949, e a definição do segundo baseada no césio foi adotada em 1967.

Ver também

Referências

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Leitura adicional

Ligações externas

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