Quanto pesa o planeta Terra

Por Guilherme Farias em 12 de setembro de 2009

Quanto pesa o planeta Terra?
Seria mais correto perguntar: “Qual é a massa do planeta Terra?”1. Mas de qualquer forma, a resposta rápida para essa pergunta é: aproximadamente 6.000.000.000.000.000.000.000.000 (6E+24) quilogramas.

A próxima pergunta que surge então é: “Como diabos alguém descobriu isso?” Não é como se o planeta subisse em uma balança de manhã antes de tomar banho. A medida do peso do planeta vem da atração gravitacional que a Terra exerce sobre objetos próximos a ela.
Acontece que duas massas exercem atração gravitacional uma sobre a outra. Se você colocar duas bolas de boliche próximas uma da outra, elas irão se atrair. A atração é extremamente pequena, mas se os seus instrumentos forem sensíveis o bastante, dá para medir essa atração gravitacional. E a partir dessa medida, é possível determinar a massa dos dois objetos. O mesmo é válido para duas bolas de golfe, mas neste caso a atração é ainda mais suave, já que a força gravitacional depende da massa dos objetos.
Newton mostrou que, para objetos esféricos, é possível presumir que toda a massa do objeto está concentrada no centro da esfera. A equação a seguir expressa a atração gravitacional que dois objetos esféricos exercem um sobre o outro:

F = G * M1 * M2 / R2
•R é a distância que separa os dois objetos;
•G é uma constante com o valor de 6.67259×10-11m3/s2 kg;
•M1 e M2 são as duas massas que se atraem;
•F é a força da atração entre elas.

Vamos assumir que a Terra é uma das massas (M1) e uma esfera de um quilograma é a outra (M2). A força entre elas é de 9,8 kg*m/s2, valor calculado ao soltar a esfera de 1 kg e medir a aceleração que o campo gravitacional da Terra aplica sobre ela (9,8 m/s2).
E o raio da Terra é de 6,4 milhões de metros. Se você aplicar todos esses valores na fórmula e encontrar o M1, vai descobrir que a massa da Terra é de 6.000.000.000.000.000.000.000.000 quilogramas (6E+24 quilogramas).
1 É mais apropriado perguntar sobre a massa do que sobre o peso porque o peso é uma força que requer um campo gravitacional para ser determinado. Se você pegar uma bola de boliche e pesá-la na Terra e na Lua vai ver que o peso na Lua será um sexto do peso dela na Terra. Já a massa será a mesma nos dois lugares. Para pesar a Terra, precisaríamos saber em qual campo gravitacional desejamos calcular o peso. A massa da Terra, por outro lado, é uma constante.

qual é a distância do horizonte

Por Guilherme Farias em 12 de setembro de 2009

qual é a distância do horizonte?
Quando fico na beira da água e olho em direção ao oceano, qual é a distância do horizonte?
Uma das coisas mais engraçadas em relação ao oceano é o fato da sua superfície ser curva. Costumamos pensar que a água forma grandes superfícies planas, mas a superfície de uma grande massa de água não é nem um pouco plana – ela acompanha a curvatura da Terra.
Graças à curvatura do nosso planeta, a distância entre você e o horizonte quando você olha em direção ao oceano depende da sua altura acima da superfície da água. O diagrama a seguir mostra como a distância até o horizonte pode mudar, dependendo da altura do observador:

Então a distância até o horizonte depende da altura de sua visão acima da água. Se seus olhos estiverem 20 centímetros acima da água, a distância do horizonte seria de 1,6 km. Uma fórmula aproximada para calcular a distância até o horizonte é:

raiz quadrada (altura acima da superfície / 0,5736) = distância até o horizonte,
com a “altura acima da superfície” em pés e a “distância até o horizonte”, em milhas. Se você tem 1m86 de altura e está parado na beira da água, então seus olhos estão cerca de 1m70 acima da superfície. A distância até o horizonte é:
raiz quadrada (5,5/0,5736) = 4,8 km.

Na unidade métrica, o equivalente é:
raiz quadrada (altura acima da superfície/6,752) = distância até o horizonte,
em que a “altura acima da superfície” está em centímetros e a “distância até o horizonte”, em quilômetros.

como calcular a distancia de um raio

Por Guilherme Farias em 14 de fevereiro de 2009

possível calcular a distância de um raio com base no tempo que o trovão leva para soar?

A “velocidade do som” é medida enquanto o som viaja pelo ar. Oficialmente, a velocidade do som é de 331,3 metros por segundo no ar seco e a 0 ºC. Em uma temperatura como 28 ºC, a velocidade é de 346 metros por segundo.
Como você pode ver, a velocidade do som muda dependendo da temperatura e da umidade, mas se quiser um número inteiro, então algo como 350 metros por segundo é um número razoável para se usar. Então, o som viaja 1 quilômetro em aproximadamente 3 segundos.
Quando você vê o relâmpago de um raio, pode começar a contar os segundos e depois dividir por 3 para descobrir a distância do raio. Se leva 10 segundos para o trovão soar, o raio está a cerca de 3 quilômetros de distância.

Como funciona o tempo?

Por Guilherme Farias em 12 de fevereiro de 2009

Como funciona o tempo?
Introdução
O tempo é algo que a maioria das pessoas acha natural. Dificilmente param para pensar em questões como: por que o ano tem 12 meses? Por que setembro tem 30 dias? Por que fusos horários existem? O que é o horário de verão?
Da mesma forma que as tradições que rodeiam o Natal e o Halloween têm origens totalmente inesperadas, as tradições sobre relógios e calendários também. Neste artigo, vamos ajudar você a entender o tempo.

Origens do tempo
O dicionário Webster (em inglês) – edição escolar/quarta edição – define tempo como:
II. um período ou intervalo. 1: o período entre dois acontecimentos ou enquanto algo existe, acontece ou age. Intervalo medido ou mensurável
Na essência, o tempo é apenas uma ilusão. Não podemos vê-lo ou senti-lo, ele simplesmente acontece. De um ponto de vista histórico, os seres humanos inventaram uma maneira totalmente arbitrária e interessante de medir o tempo.
O dia é obviamente o ponto de partida para o tempo. Um dia consiste de um período de luz solar seguido de noite. Nosso organismo está ligado a esse ciclo por meio do sono; portanto, um novo dia começa ao acordarmos pela manhã. Não importa qual seja a cultura, o conceito de dia vem de maneira óbvia e natural.
Usamos relógios para dividir o dia em pequenas partes. Usamos calendários para juntar dias em vários grupos. Ambos os sistemas têm origens interessantes, que descobriremos no decorrer deste artigo.

edindo o tempo
A medição do tempo é bem abrangente. Veja aqui alguns períodos, do mais curto ao mais longo.
1 picossegundo (um trilionésimo de segundo) – o menor período que pode ser medido com exatidão.
1 nanossegundo (um bilionésimo de segundo) – de 2 a 4 nanossegundos é o tempo que um microcomputador leva para executar uma tarefa de um programa.
1 microssegundo (um milionésimo de segundo).
1 milissegundo (um milésimo de segundo) – o tempo mais rápido de exposição de um filme em uma câmera fotográfica normal. Uma foto tirada em um milésimo de segundo normalmente é capaz de congelar todos os movimentos de um ser humano.
1 centésimo de segundo – tempo que um relâmpago leva para acontecer.
1 décimo de segundo – o piscar de um olho.
1 segundo – o coração de uma pessoa normal bate uma vez a cada segundo.
60 segundos – um minuto. Uma longa propaganda na TV.
2 minutos – aproximadamente o tempo que uma pessoa consegue segurar a respiração.
5 minutos – aproximadamente o tempo que uma pessoa fica esperando no semáforo.
60 minutos – uma hora. Aproximadamente o tempo que uma empresa oferece aos seus funcionários para eles almoçarem.
8 horas – um dia normal de trabalho, bem como a quantidade de horas que uma pessoa precisa dormir por noite.
24 horas – um dia. A quantidade de tempo que a Terra leva para girar uma vez em torno de seu eixo.
7 dias – uma semana.
40 dias – aproximadamente o tempo que uma pessoa consegue sobreviver sem comida.
365 dias – um ano, o tempo que o planeta Terra leva para completar uma volta ao redor do sol.
10 anos – uma década.
75 anos – período aproximado de vida de um ser humano.
5 mil anos – período da história registrada.
50 mil anos – período de existência do Homo sapiens como espécie.
65 milhões de anos – período de extinção dos dinossauros.
200 milhões de anos – período de existência dos mamíferos.
de 3,5 a 4 bilhões de anos – tempo em que a vida existe na Terra.
4,5 bilhões de anos – idade do planeta Terra.
de 10 a 15 bilhões de anos – idade provável do universo desde o Big Bang.

Relógios
Qual é a duração de um dia?
É a quantidade de tempo que a Terra leva para girar uma vez em torno de seu eixo. Mas quanto tempo a Terra leva para girar? É aí que as coisas começam a ficar completamente arbitrárias, então decidiu-se padronizar alguns acréscimos.
Um dia consiste de 2 períodos de 12 horas, totalizando 24 horas.
Uma hora consiste de 60 minutos.
Um minuto consiste de 60 segundos.
Os segundos são subdivididos em um sistema decimal em “centésimos de segundo” ou “milésimos de segundo”.
Esse é um jeito bem estranho de dividir um dia. Dividimos o dia na metade, as metades por doze, depois por 60, por 60 novamente e então convertemos para um sistema decimal de partes bem pequenas. Não é à toa que as crianças têm dificuldade em aprender as horas.

Por que o dia tem 24 horas?
Ninguém sabe ao certo. No entanto, a tradição é bem antiga. Veja abaixo uma definição da Enciclopédia Britânica (em inglês).
“O mais antigo relógio de sol conhecido é um egípcio, feito de xisto verde, construído pelo menos no século VIII a.C. Consiste de uma base reta com uma cruz elevada em uma das extremidades. A base, em que é gravada uma escala de seis divisões de tempo, é colocada na direção leste-oeste, com a cruz na extremidade leste pela manhã e na oeste à tarde. A sombra dessa cruz na base indica a hora. Relógios desse tipo ainda são usados em áreas primitivas do Egito.
Parece que os babilônios foram os primeiros a usar os seis na marcação de tempo, mas o motivo não está claro.

Por que uma hora tem 60 minutos e um minuto tem 60 segundos?
Isso também não está claro. Sabe-se, no entanto, que os egípcios usavam um calendário que tinha 12 meses de 30 dias, totalizando 360 dias. Acredita-se que seja por isso que os círculos são divididos em 360 graus. Dividindo 360 por 6 se obtém 60 e 60 também é o número base no sistema matemático babilônico.

O que significa a.m. e p.m.?
Essas abreviações significam ante meridiem, antes do meio-dia, e post meridiem, depois do meio-dia, e são uma invenção romana. De acordo com Daniel Boorstin em seu livro The Discoverers (Os descobridores), essa simples divisão do dia em duas partes foi a primeira contribuição romana com relação ao tempo em um dia.
“No final do século IV a.C., os romanos dividiam seus dias em apenas duas partes: antes do meio-dia e depois do meio-dia. Um assistente do cônsul foi escolhido para observar quando o sol cruzasse o meridiano e informar ao Fórum, uma vez que os advogados tinham de comparecer nos tribunais antes do meio-dia”.
O homem moderno baseia seu tempo em segundos. Um dia é definido como 86.400 segundos e um segundo é oficialmente definido como 9.192.631.770 oscilações de um átomo de césio 133 em um relógio atômico. para saber mais sobre as oscilações do césio 133 e como funciona o relocio atômico. ler o artigo Relogios Atomicos. Clique aqui para ler o artigo Relogios Atomicos..

Fusos horários
Todas as pessoas do planeta querem que o sol esteja no ponto mais alto do céu (cruzando o meridiano) ao meio-dia. Isso seria impossível caso só existisse um fuso horário, porque a Terra gira 15 graus a cada hora. A idéia por trás da existência de vários fusos horários é dividir o mundo em 24 pedaços de 15 graus e ajustar os relógios de acordo com cada fuso. Todas as pessoas de um determinado fuso ajustam seus relógios da mesma forma e cada fuso fica com um horário diferente do outro.
Na porção continental dos Estados Unidos existem quatro fusos horários, Central, Montanha e Pacífico. Quando é meio-dia no fuso Oriental, são 11 da manhã no Central, 10 no fuso Montanha e 9 no Pacífico.
Todos os fusos horários são medidos a partir de um ponto central no Observatório de Greenwich, na Inglaterra. Esse ponto é conhecido como o Meridiano de Greenwich ou o Meridiano Principal (ou de origem). O tempo no Meridiano de Greenwich é conhecido como relógio de Greenwich, horário médio de Greenwich ou hora de Greenwich. O fuso horário oriental nos Estados Unidos é o horário médio de Greenwich menos cinco horas. Quando lá o relógio mostra meio-dia, são 5 horas da tarde no Observatório de Greenwich. A linha internacional de mudança de data é localizada no lado oposto do planeta, a partir do Observatório de Greenwich.
Por que o Observatório de Greenwich é tão importante? Em uma conferência em 1884, vários astrônomos declararam que o Observatório de Greenwich é o meridiano principal. O interessante é que o observatório mudou para Sussex na década de 50, mas o local original continua sendo o meridiano principal.

Fusos do Brasil
O Brasil tem três fusos horários. A maior parte das cidades adota o mesmo horário de Brasília. Os Estados do Amazonas, Acre, Rondônia, Roraima, Mato Grosso e Mato Grosso do Sul marcam uma hora a menos que Brasília e o território de Fernando de Noronha, no Atlântico, uma hora a mais. Até abril de 2008, Acre, Amazonas e Pará tinham dois fuso horários, o que acabou extinto.

Horário de verão
Durante a Primeira Guerra Mundial, muitos países começaram a ajustar seus relógios em determinadas épocas do ano. A idéia era tentar ajustar as horas do dia no verão para coincidir com as horas que as pessoas estavam acordadas. O objetivo, durante a Primeira Guerra Mundial, era economizar combustível, reduzindo a necessidade de luz artificial.
Os Estados Unidos e vários outros países ainda usam alguma variação desse sistema. Nos Estados Unidos, por uma lei do Congresso, o horário de verão começa no primeiro domingo de abril e termina no último domingo de outubro. Os relógios são adiantados em uma hora na primavera e atrasados uma hora no outono (“primavera pra frente, outono pra trás” é uma frase que muitos usam para se lembrar do que ocorre). Perde-se uma hora na primavera e recupera-se uma hora no outono.
No inverno, os Estados unidos ficam no horário padrão. No verão, ficam no horário de verão. Embora seja uma lei, alguns Estados (como o Arizona) a ignoram e não adotam o horário de verão. Ficam no horário padrão durante todo o ano.

Horário de verão no Brasil
O Brasil é o único país equatorial (cortado pela linha do Equador) a utilizar o horário de verão. Nos países equatoriais e nos tropicais (situados entre os Trópicos de Câncer e Capricórnio), a incidência da luz solar é uniforme durante quase todo o ano e dessa forma não existem muitas vantagens na adoção do horário de verão. Nesses casos, embora exista economia de energia, ela não é tão significativa se comparada aos transtornos causados ao relógio biológico da população.
No Brasil, foi confirmada economia de energia no Rio Grande do Sul (aproximadamente 5% de redução da demanda integrada durante o consumo de pico), assim como nos demais estados da região Sul e Sudeste.

Os estados que adotam o horário de verão são:
*Rio Grande do Sul
*Santa Catarina
*Paraná
*São Paulo
*Rio de Janeiro
*Espírito Santo
*Minas Gerais
*Goiás
*Mato Grosso
*Mato Grosso do Sul
*Distrito Federal

O calendário: anos
Conforme dito anteriormente, o dia é uma unidade de tempo óbvia para as pessoas. Mas e as semanas, os meses e os anos?
O homem criou o conceito de ano porque as estações se repetem anualmente. A maioria das plantas floresce e dá frutos anualmente. A habilidade de prever as estações é essencial caso você tenha plantações ou precise se preparar para o inverno.
Um ano é definido como a quantidade de tempo que a Terra leva para dar uma giro ao redor do sol. Ela leva aproximadamente 365 dias. Se medirmos exatamente o tempo que a Terra leva para girar ao redor do sol, o número é 365,242199 dias (de acordo com a Enciclopédia Britânica – em inglês). Adicionando um dia a cada período de quatro anos, temos uma média de 365,25 dias por ano, o que se aproxima do número real. É por isso que existem os anos bissextos, que têm um dia a mais que os anos normais.
Para chegarmos ainda mais perto do número real, a cada período de 100 anos não temos um ano bissexto, e sim a cada período de 400. Juntando todas essas regras, vemos que um ano é bissexto não apenas se for divisível por 4, mas também se for divisível por 400 caso seja o último ano de um século. Portanto, 1700, 1800 e 1900 não foram bissextos, mas 2000 foi. É daí que sai a média do ano com 365,2425 dias, que é ainda mais próxima do número real.
O problema com o conceito de um ano é que é difícil determinar a duração exata de um ano, a menos que bons astrônomos façam isso. Muitas culturas tinham carência de astrônomos e, por isso baseavam-se nos ciclos da lua. Um ciclo da lua dura aproximadamente 29,5 dias (29,530588 dias exatamente) e é fácil para quase todas as pessoas reconhecer a fase somente olhando para o céu à noite.

O calendário: meses
O conceito de mês vem da lua. Muitas culturas usaram meses com 29 ou 30 dias (ou alguma alteração) para dividir um ano em partes. O principal problema com esse tipo de sistema é que os ciclos da Lua, com 29,5 dias, não se dividem igualmente nos 365,25 dias do ano.
Ao olharmos para o calendário moderno, os meses parecem extremamente confusos. Um tem 28 ou 29 dias, alguns têm 30 e o restante têm 31. De acordo com a “World Book Encyclopedia”, a mais vendida no mundo, foi da maneira descrita abaixo que surgiu o calendário.
Os romanos começaram com um calendário de 10 meses em 738 a.C., copiando a idéia dos gregos. Os meses no calendário romano original eram Martius, Aprilis, Maius, Junius, Quintilis, Sextilis, September, October, November e December. Os nomes Quintilis até December vêm dos nomes romanos para cinco, seis, sete, oito, nove e dez. Esse calendário deixou mais ou menos 60 dias sem explicação.
Os meses Januarius e Februarius foram mais tarde acrescentados ao final do ano para prestar contas dos 60 dias extras.
Em 46 a.C., Júlio César mudou o calendário. Ignorando a lua, mas deixando os nomes dos 12 meses existentes, o ano foi dividido em 12 meses com 30 ou 31 dias, exceto Februarius com 29 dias. A cada período de quatro anos, Februarius ganhava um dia a mais. Mais tarde, ele decidiu fazer de Januarius o primeiro mês, em vez de Martius, colocando Februarius em segundo lugar, o que explica porque o dia bissexto fica numa época tão estranha.
Após a morte prematura de Júlio César, os romanos renomearam Quintilis em sua homenagem: Julius ou julho.
Da mesma forma, Sextilis foi renomeado para homenagear Augustus: Augustus ou agosto. Augustus também mudou um dia de Februarius para Augustus, para que tivesse o mesmo número de dias que Julius.
Essa pequena história explica porque temos 12 meses, porque os meses têm a quantidade de dias porque o dia bissexto cai numa época tão estranha e porque os meses têm esses nomes.
E as semanas? Dias, meses e anos, todos têm um fundamento natural, mas semanas não. Os nomes vêm direto da Bíblia.

O calendário: semanas
“Lembra-te do dia de sábado, para o santificar. Seis dias trabalharás e farás todo o teu
trabalho, mas o sétimo dia é o sábado do Senhor teu Deus”. (Êxodo 20:8)

Esse quarto mandamento, com certeza, ecoa a história da criação no livro do Gênesis.
Os romanos deram nomes aos dias da semana baseados no sol, na lua e nos nomes dos cinco planetas conhecidos por eles:
Sol
Lua
Marte
Mercúrio
Júpiter
Vênus
Saturno
Esses nomes continuaram bem parecidos nas línguas européias; em inglês, ficaram sendo Sunday, Monday e Saturday. Os outros quatro nomes em inglês foram substituídos por nomes de deuses anglo-saxões. De acordo com a Enciclopédia Britânica (em inglês):
“tuesday vem de Tiu, ou Tiw, o nome anglo-saxão para Tyr, o deus escandinavo da guerra. Tyr era um dos filhos de Odin, ou Woden, a divindade suprema que deu origem ao nome Wednesday. Da mesma forma, Thursday surgiu do dia de Thor, nomeado em homenagem a Thor, o deus do trovão. Friday é derivado do dia de Frigga, a esposa de Odin, representando amor e beleza, na mitologia escandinava”.

A.C. e d.C.
No calendário moderno, classificamos todos os anos como a.C. (antes de Cristo) ou d.C. (depois de Cristo). Não há ano “zero” nesse sistema. O ano em que Cristo nasceu é o 1 d.C. e o ano anterior é o 1 a.C.
Essa prática foi sugerida pela primeira vez no século VI d.C., sendo adotada pelo papa da época. No entanto, levou um bom tempo para se tornar um padrão mundial. A Rússia e a Turquia, por exemplo, não adotaram o calendário moderno e o esquema de anos até o século XX.
Um comentário interessante: devido à variedade de mudanças e ajustes feitos no calendário durante a Idade Média, é possível que a data correta do nascimento de Jesus seja 6 a.C. e a de sua morte, 30 d.C.
Além de a.C e d.C., algumas pessoas usam “antes da era cristã” e “depois da era cristã”.

Relogio Atomico

Por Guilherme Farias em 02 de fevereiro de 2009

Como funcionam os relógios atômicos?
Quando a energia acaba e é posteriormente restaurada, como saber para qual hora ajustar seus relógios? Já teve curiosidade sobre como o tempo é regulado?
Nos Estados Unidos, o padrão de hora é regulado pelo relógio mestre do observatório naval norte-americano (em inglês: USNO – US Naval Observatory’s Master Clock), a fonte oficial do tempo do Departamento de Defesa. Os efeitos destes mecanismos são sentidos por todos nós na forma de relógios de alarme, computadores, secretárias eletrônicas e agendas de reunião. Neste artigo, aprenderemos tudo sobre relógios atômicos e como eles mantêm o mundo fazendo tique-taque.

Os relógios atômicos são radioativos?
Os relógios atômicos cronometram melhor do que qualquer outro relógio. Eles até mesmo cronometram melhor o tempo do que a rotação da Terra e o movimento das estrelas. Sem os relógios atômicos, a navegação GPS seria impossível, a Internet não poderia sincronizar e a posição dos planetas não seria conhecida com precisão suficiente para que sondas espaciais e espaçonaves fossem lançadas e monitoradas.
Os relógios atômicos não são radioativos. Eles não dependem do decaimento atômico, ao invés disso, eles possuem um movimento oscilatório que lembra um conjunto de massa/mola, como os relógios comuns.
A grande diferença entre um relógio padrão em sua casa e um relógio atômico é que a oscilação em um relógio atômico ocorre entre o núcleo de um átomo e os elétrons que circundam o núcleo. Esta oscilação não é exatamente um paralelo para a roda de equilíbrio e a pequena mola fina de um relógio de corda, mas o fato é que ambos usam oscilações para manter o acompanhamento da passagem do tempo. As freqüências de oscilação em um átomo são determinadas pela massa do núcleo e a gravidade, e a “força” eletrostática entre a carga positiva no núcleo e a nuvem de elétrons circundante, assim pode-se fazer uma analogia entre uma mola e uma massa que oscila devido a essa mola.

Quais são os tipos de relógios atômicos?
Atualmente, embora existam diferentes tipos de relógios atômicos, o princípio por trás de todos eles permanece o mesmo. A diferença principal está associada ao elemento usado e aos meios de determinar quando o nível de energia se modifica. Os vários tipos de relógio atômico incluem:
Relógio atômico de césio: emprega um feixe de átomos de césio. O relógio separa os átomos de césio de diferentes níveis de energia por meio de um campo magnético.
Relógio atômico de hidrogênio: mantém os átomos de hidrogênio no nível de energia requerido em um recipiente com paredes de um material especial, assim os átomos não perdem seu estado de energia elevado muito rapidamente.
Relógio atômico de rubídio: o mais simples e compacto, usa uma célula de vidro com gás de rubídio que muda sua absorção de luz na freqüência óptica de rubídio quando a freqüência de microonda ao redor é a correta.
O mais preciso relógio atômico disponível atualmente utiliza o átomo de césio, o campos magnéticos normais e detectores. Além disso, os átomos de césio são impedidos de moverem-se para trás e adiante por feixes de laser, reduzindo pequenas mudanças na freqüência devido ao efeito Doppler

Como funciona um prático relógio atômico de césio?
Os átomos têm freqüências de oscilação características. Possivelmente a freqüência mais familiar é o brilho laranja do sódio no sal de cozinha se ele for espargido numa chama. Um átomo terá muitas freqüências, algumas na região do espectro eletromagnético com comprimentos de onda de rádio, algumas na região do espectro de luz visível e outras entre os dois. O Césio 133 geralmente é o elemento mais escolhido para relógios atômicos.
Para descobrir a ressonância atômica do césio dentro de um relógio atômico, é necessário medir precisamente uma de suas transições ou freqüências ressonantes. Normalmente, consegue-se isto através de um oscilador de cristal para a ressonância principal das microondas do átomo de césio. Este sinal está na faixa das microondas do espectro das ondas de rádio e está na mesma ordem de freqüência que os sinais de satélite de transmissão direta. Os engenheiros sabem como construir o equipamento nesta área do espectro detalhadamente.
Para criar um relógio, o césio é primeiro aquecido de modo que os átomos passam a se mover de forma agitada e atravessam um tubo mantido em alto vácuo. Primeiramente, eles passam através de um campo magnético que seleciona os átomos no estado de energia correto; em seguida passam através de um intenso campo de microondas. A freqüência da energia de microondas oscila em uma estreita faixa de freqüências, de modo que, em algum ponto de cada ciclo, cruza a freqüência de exatamente 9.192.631.770Hz (ou ciclos por segundo). A faixa do gerador de microondas já se encontra próxima a essa freqüência exata, pois ela vem de um preciso oscilador de cristal. Quando o átomo de césio recebe a energia da microonda exatamente na freqüência certa, ele muda seu estado de energia.
Na extremidade do tubo, outro campo magnético separa fora os átomos que tiveram seu estado de energia modificado se o campo de microondas estivesse exatamente na freqüência correta. Um detector no final do tubo apresenta um resultado proporcional ao número de átomos de césio que chegaram até ele, e esse resultado tem um valor máximo (um pico) quando a freqüência da microonda está exatamente correta. Este pico é usado para fazer a correção fina necessária para trazer o oscilador de cristal e por conseguinte o campo de microonda na freqüência exata. Essa freqüência é então dividida por 9.192.631.770 para dar o familiar um pulso por segundo requerido pelo mundo real.

Algumas definições
Relógio atômico – um relógio de precisão que depende para sua operação de um oscilador elétrico regulado pelas freqüências de vibração natural de um sistema atômico (como um feixe de átomos de césio). [Fonte: Merriam-Webster Online]
Átomo – a menor partícula de um elemento que pode existir só ou em combinação. O átomo é considerado como fonte de uma vasta energia potencial.
Césio 133 – um isótopo de césio usado especificamente em relógios atômicos, e uma de suas transições atômicas, é usado como um padrão científico de tempo.
Segundo – pelo Sistema Internacional de Unidades (SI) – (segundo atômico) – o intervalo de tempo, através do qual se tem 9.192.631.770 oscilações do átomo de césio 133 exposto a uma excitação adequada.

Quando o relógio atômico foi inventado?
Em 1945, o físico e professor Isidor Rabi da Universidade de Columbia sugeriu que o relógio poderia ser feito com uma técnica que ele desenvolveu nos anos de 1930 chamada ressonância magnética de feixe atômico. Em 1949, a NBS (em inglês: National Bureau of Standards), atualmente o NIST (em inglês: National Institute of Standards and Technology), apresentou o primeiro relógio atômico mundial utilizando a molécula de amônia como fonte de vibrações e, em 1952, foi apresentado o primeiro relógio atômico utilizando átomos de césio como fonte de vibração, NBS-1.
Em 1955, o Laboratório Nacional de Física (National Physical Laboratory) na Inglaterra, construiu o primeiro relógio com feixe de césio usado como fonte de calibração. Na década seguinte, formas mais avançadas de relógios foram criadas. Em 1967, a 13ª Conferência Geral de Pesos e Medidas definiu o segundo, pelo SI (Sistema Internacional) com base nas vibrações do átomo de césio; o sistema de cronometragem mundial não teria mais bases astronômicas a partir daquele ponto. NBS-4 o mais estável relógio de césio foi concluído em 1968, e foi utilizado nos anos 90, como parte do sistema de horário do NIST.
Em 1999, NIST-F1 começou a operar com uma incerteza de 1,7 partes em 10 elevado a 15ª potência (1015), ou seja, uma precisão de cerca de um segundo em 20 milhões de anos, tornando-o o mais preciso relógio jamais criado (uma distinção compartilhada com um modelo similar em Paris).

Como é medido o tempo atômico?
A freqüência correta para a ressonância específica do césio é definida por um acordo internacional como sendo 9.192.631.770Hz (hertz), de modo que, quando é dividida por este número, o resultado é exatamente 1Hz ou 1 ciclo por segundo.
A precisão a longo prazo alcançável pelo relógio atômico de césio moderno (o tipo mais comum) é melhor que um segundo por milhão de anos. O relógio atômico de hidrogênio mostra uma melhor precisão de curto prazo (uma semana), aproximadamente 10 vezes a precisão do relógio atômico de césio. Portanto, o relógio atômico elevou em um milhão de vezes a precisão da medição do tempo em comparação com as medições executadas por meio de técnicas astronômicas.
A Companhia Nacional em Massachusetts produziu o primeiro relógio atômico comercial utilizando césio. Atualmente, eles são produzidos por muitos fabricantes, incluindo Hewlett Packard, Frequency Electronics, e FTS. A nova tecnologia continua aprimorando o desempenho. O mais preciso relógio atômico de césio de laboratório é milhares de vezes melhor que as unidades produzidas comercialmente.

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