Second
Symbol: sWorldwide
O que é um/uma Second (s)?
Definição Formal
O segundo (símbolo: s) é a unidade base de tempo no Sistema Internacional de Unidades (SI). Desde 1967, foi definido como a duração de 9.192.631.770 períodos da radiação correspondente à transição entre os dois níveis hiperfinos do estado fundamental do átomo de césio-133 em repouso a zero absoluto. Esta definição atômica substituiu as definições astronômicas anteriores baseadas na rotação da Terra.
O segundo é a única unidade base de tempo do SI, e todas as outras unidades de tempo — do nanossegundo ao ano — são derivadas ou definidas em termos dele. O segundo também fundamenta as definições de outras unidades do SI: o metro é definido pela velocidade da luz (a distância que a luz percorre em 1/299.792.458 de um segundo), e o quilograma é definido pela constante de Planck, que envolve segundos.
Precisão e Estabilidade
Os relógios atômicos de césio alcançam uma precisão de aproximadamente uma parte em 10¹³, significando que eles ganhariam ou perderiam no máximo um segundo em cerca de 300.000 anos. Relógios atômicos ópticos que usam átomos de estrôncio ou itérbio alcançam uma precisão ainda maior — uma parte em 10¹⁸ — e espera-se que formem a base de uma futura redefinição do segundo.
Etymology
Origens Latinas
A palavra "segundo" deriva do Latim Medieval "secunda minuta," que significa "segunda pequena parte." No sistema medieval de divisão do tempo, a hora foi primeiramente dividida em sessenta partes "minutas" (do Latim "pars minuta prima," a "primeira pequena divisão"), resultando em minutos. Cada minuto foi então dividido em sessenta partes "segundas" pequenas — a "secunda minuta" — nos dando os segundos. Este sistema sexagesimal (base-60) foi herdado da matemática babilônica.
Legado Babilônico
Os babilônios usaram um sistema numérico de base-60 para cálculos astronômicos já em 2000 a.C. Este sistema foi transmitido através da astronomia grega (notavelmente o Almagesto de Ptolomeu, c. 150 d.C.) para a ciência islâmica e europeia medieval. A divisão da hora em 60 minutos e 3.600 segundos é um legado direto da matemática babilônica que sobreviveu por mais de quatro milênios.
História
Origens Astronômicas
Durante a maior parte da história registrada, o segundo foi definido como uma fração do dia. A divisão egípcia do dia e da noite em 12 horas cada (c. 1500 a.C.) foi refinada por astrônomos gregos e islâmicos. No século XVII, relógios mecânicos com ponteiros de segundos tornaram o segundo uma unidade prática. O segundo foi formalmente definido como 1/86.400 de um dia solar médio (24 horas × 60 minutos × 60 segundos).
Tempo Efêmero
No início do século 20, os astrônomos reconheceram que a rotação da Terra não é perfeitamente uniforme — ela está gradualmente desacelerando devido ao atrito das marés com a Lua. Em 1956, o segundo foi redefinido como 1/31.556.925,9747 do ano tropical de 1900, uma definição baseada no movimento orbital da Terra em vez de sua rotação. Este "segundo efêmero" foi adotado pelo CGPM em 1960.
A Definição Atômica
Em 1967, a 13ª Conferência Geral de Pesos e Medidas redefiniu o segundo usando a frequência de transição hiperfina do átomo de césio-133. Louis Essen e Jack Parry no Laboratório Nacional de Física do Reino Unido construíram o primeiro relógio atômico de césio preciso em 1955, demonstrando que as transições atômicas eram muito mais estáveis do que qualquer referência astronômica. O segundo atômico permaneceu inalterado desde 1967 e é a definição mais duradoura entre as atuais unidades base do SI.
Futura Redefinição
Relógios atômicos ópticos, que operam em frequências centenas de milhares de vezes mais altas do que os relógios de césio de micro-ondas, agora alcançam precisões de 100 a 1.000 vezes melhores. A comunidade internacional de metrologia está trabalhando em uma redefinição do segundo baseada em uma transição óptica, possivelmente em estrôncio-87 ou itérbio-171, esperada para cerca de 2030.
Uso atual
Medição de Tempo Universal
O segundo é a unidade fundamental de medição de tempo em todo o mundo. O Tempo Universal Coordenado (UTC), a base para o tempo civil em todos os países, é mantido por uma rede de mais de 400 relógios atômicos em cerca de 80 laboratórios em todo o mundo. Os segundos UTC são segundos do SI, com segundos intercalares ocasionalmente inseridos para manter o UTC dentro de 0,9 segundos da rotação da Terra (UT1).
Tecnologia e Computação
Na computação, o segundo define as velocidades de clock dos processadores, latências de rede e taxas de transferência de dados. Um CPU moderno opera em bilhões de ciclos por segundo (GHz). A latência da Internet é medida em milissegundos. Sistemas de negociação financeira medem os tempos de execução em microssegundos ou nanossegundos.
Ciência e Engenharia
O segundo é fundamental para todos os ramos da ciência. Na física, a velocidade da luz é definida como exatamente 299.792.458 metros por segundo. A aceleração devido à gravidade é aproximadamente 9,81 m/s². As taxas de reação química são expressas por segundo. Na medicina, a frequência cardíaca é medida em batimentos por minuto (sendo os segundos a unidade subjacente).
Everyday Use
Medição de Tempo Diária
As pessoas usam segundos constantemente, muitas vezes inconscientemente. Semáforos contam regressivamente em segundos. Fornos de micro-ondas são ajustados em segundos. Intervalos de treino são cronometrados em segundos. Temporizadores de ovos contam minutos e segundos. A "regra dos cinco segundos" para comida caída é uma referência cultural popular (se cientificamente duvidosa).
Esportes e Competição
Os segundos determinam resultados atléticos. O recorde mundial de 100 metros (9,58 segundos por Usain Bolt) é cronometrado até a centésima de segundo. Os recordes de natação são medidos até a centésima. As diferenças de qualificação da Fórmula 1 são frequentemente milésimos de segundo. Chegadas fotográficas podem resolver diferenças de 0,001 segundos.
Música e Ritmo
O tempo musical é definido em batimentos por minuto (BPM), com cada batida durando uma fração de segundo. A 120 BPM, cada batida dura 0,5 segundos. O software de produção musical mede o tempo em segundos e milissegundos. A percepção humana do ritmo pode detectar diferenças de tempo tão pequenas quanto 10-20 milissegundos.
In Science & Industry
Física Fundamental
O segundo é integral para as definições de constantes físicas fundamentais e unidades do SI. A velocidade da luz: 299.792.458 m/s. Constante gravitacional: 6,674 × 10⁻¹¹ m³·kg⁻¹·s⁻². Constante de Planck: 6,626 × 10⁻³⁴ kg·m²·s⁻¹. Cada quantidade mecânica, eletromagnética e térmica na física envolve o segundo.
Física Atômica e Metrologia
A frequência de transição do césio-133 (9.192.631.770 Hz) é a quantidade mais precisamente medida na física. Relógios ópticos agora medem frequências em 10¹⁴ a 10¹⁵ Hz com incertezas fracionárias abaixo de 10⁻¹⁸, permitindo testes da relatividade geral, buscas por matéria escura e monitoramento da estabilidade de constantes fundamentais.
GPS e Navegação
O Sistema de Posicionamento Global depende de medições de tempo precisas. Satélites GPS transportam relógios atômicos que se sincronizam dentro de bilionésimos de segundo. Um erro de temporização de apenas um nanossegundo causa um erro de posição de cerca de 30 centímetros. O tempo GPS é mantido pelo Observatório Naval dos EUA e atualmente difere do UTC em 18 segundos (a partir de 2024).
Interesting Facts
A caesium atomic clock loses or gains no more than one second in approximately 300,000 years. Optical clocks are even better — they would not lose a second in the entire age of the universe (13.8 billion years).
Light travels approximately 299,792 km in one second — enough to circle the Earth about 7.5 times. This fact underpins the SI definition of the meter.
The human blink takes about 0.1-0.4 seconds. In that time, a modern computer processor can execute billions of operations.
Earth's rotation is slowing by about 2.3 milliseconds per century due to tidal interactions with the Moon. In 600 million years, a day will last about 28 hours.
The shortest directly measured time interval is approximately 247 zeptoseconds (247 × 10⁻²¹ seconds), measured in 2020 by tracking the time it takes for a photon to cross a hydrogen molecule.
Usain Bolt's 100m world record of 9.58 seconds means he averaged 37.58 km/h, reaching a peak speed of about 44.7 km/h. The difference between gold and silver was 0.11 seconds.
The leap second system, introduced in 1972, has added 27 seconds to UTC as of 2024. The decision to abolish leap seconds was made in 2022, with the change taking effect by 2035.