Fisica Facile - Il tempo

L'unità di misura più immediata per misurare gli intervalli di tempo è probabilmente il giorno, inteso come il periodo di tempo compreso fra due albe o due tramonti consecutivi. Per le normali attività quotidiane è però spesso necessario misurare un intervallo di tempo molto minore del giorno. Per questo motivo nacque ben presto la necessità di avere strumenti che misurassero brevi intervalli di tempo con buona precisione. Per molti secoli gli unici strumenti per misurare il tempo restarono le meridiane e le clessidre, orologi noti fin dalla più remota antichità.

Lo gnomone è probabilmente il più antico strumento di misura del tempo inventato dall'uomo. Esso è un bastone che proietta sul suolo l'ombra del Sole. Al cambiare delle ore e dunque della posizione del Sole nel cielo cambia di conseguenza la direzione dell'ombra; osservando tale direzione è possibile conoscere l'ora. Lo gnomone fu inventato dai Sumeri; in Europa esso fu introdotto dal filosofo Anassimandro intorno al 600 a.C.
[clicca qua se vuoi conoscere la storia di Anassimandro e lo gnomone.]

La meridiana è formata poggiando lo gnomone su di un piedistallo dove sono state poste delle tacche. Osservando la posizione dell'ombra del Sole rispetto alle tacche è possibile sapere con buona approssimazione l'ora del giorno.
[Se vuoi sapere di più sul funzionamento della meridiana e dello gnomone, leggi cosa scrive il Professore.]

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L'orologio solare funziona solo di giorno e solo se il cielo è sereno. Per segnare il tempo di notte o quando il cielo è nuvoloso andrebbe bene la clessidra, parola di origine greca che significa "ladra d'acqua". Si tratta di uno strumento molto semplice che misura il passare del tempo facendo sgocciolare dell'acqua attraverso un foro, da un contenitore ad un altro. Attraverso il lento svuotamento (o riempimento) di un recipiente (che presentava eventualmente incise all'interno delle tacche di riferimento), le clessidre mostravano con chiarezza gli “intervalli di tempo”, ossia misuravano la durata di un determinato evento o fenomeno.

Nel 1300 furono inventate le prime clessidre a sabbia di cui vennero costruiti diversi modelli in grado di misurare intervalli di tempo variabili da pochi secondi a ventiquattro ore.

Svariati furono anche gli utilizzi di tali orologi. Essi erano usati sulle navi dove non si potevano imbarcare orologi di altro tipo, nei tribunali per misurare il tempo da concedere agli avvocati per la difesa dei loro assistiti, nelle officine e, fino al 1800, per sentire il polso dei malati.

Bisognerà aspettare fino alla fine del XIII secolo per vedere la nascita di un nuovo tipo di orologio, il cosiddetto orologio meccanico, un marchingegno piuttosto complicato e ingombrante che implicava il lavoro sincrono (cioè contemporaneo) di molti elementi. A muovere il tutto provvedeva un peso legato ad una corda avvolta intorno ad un asse orizzontale, o "tamburo". Via via che il peso si portava verso il basso la corda costringeva l'asse a girare su se stesso. Quest’asse rotante, a sua volta, metteva in azione una serie di ingranaggi i quali erano collegati ad una lancetta che indicava le ore o a dei campanelli che suonavano ad intervalli di tempo regolari. Naturalmente quando la corda si era completamente srotolata dal tamburo, bisognava riavvolgerla: più che di un orologio si trattava quindi di una specie di argano.

Nel 1581, all'età di soli 17 anni, Galileo Galilei scoprì che l'oscillazione di un pendolo avviene ad intervalli regolari di tempo, e ciò indipendentemente dalla massa usata e dall'ampiezza dell'oscillazione stessa. In altre parole, il tempo impiegato dal pendolo per andare e tornare in un viaggio di oscillazione

completa è sempre lo stesso, tanto per l’oscillazione molto ampia quanto per quella poco ampia qualunque sia la massa del corpo che oscilla (quest'effetto si chiama isocronismo del pendolo, cioè pendolo che oscilla con uguale tempo).

La storia vuole che lo scienziato pisano arrivasse a questa scoperta osservando una lampada oscillare, sotto la spinta di una corrente d'aria, nella cattedrale della sua città, mentre assisteva ad una funzione religiosa. Si dice anche che per controllare l'isocronismo delle oscillazioni della lampada il giovane Galilei, a quel tempo studente di medicina, si sia avvalso delle pulsazioni del proprio polso.

L'isocronismo del pendolo non è affatto ovvio perché l'intuizione ci porterebbe a credere che le oscillazioni ampie debbano durare di più di quelle strette, invece Galilei notò che quando l'ampiezza era grande il moto era veloce, mentre quando era piccola il moto era lento e quindi il tempo per completare l’oscillazione in definitiva era lo stesso (Oggi sappiamo che non è esattamente così, ma la differenza è veramente minima e per molti aspetti insignificante).

L'isocronismo del pendolo fu sfruttato dal grande astronomo e fisico Christian Huygens che costruì il primo orologio a pendolo intorno alla metà del XVII secolo, pochi anni dopo la morte di Galilei. L'orologio a pendolo divenne ben presto il principale strumento per misurare il tempo; esso venne sempre più perfezionato utilizzando leghe d'acciaio indeformabili e sistemandolo all'interno di un ambiente in cui veniva creato il vuoto per proteggerlo da variazioni di temperatura, dalla polvere e dall'attrito dell'aria. L'orologio a pendolo diventava, in questo modo, uno strumento di grande precisione, adatto a misurazioni scientifiche.

L'innovazione successiva si avrà nel 1927 a causa di due tecnici inglesi di nome W. A. Marrison e J. Hortonon che inventarono i cosiddetti orologi a quarzo. Essi sfruttano una particolare proprietà di questi minerali. In breve un orologio a quarzo permette il passaggio di impulsi elettrici ad intervalli di tempo ben definiti (circa 50.000 impulsi al secondo - il numero esatto cambia da orologio ad orologio). Contando il numero di impulsi trasmessi è possibile conoscere quanto tempo è passato.
[Non hai capito bene questo concetto? Fai un semplice esercizio per comprenderlo!]

Attualmente, l'orologio forse più preciso è quello al Cesio, inventato nel 1955 dal professore Louis Essen. Su tale orologio è basata l'attuale definizione del secondo.
[per maggiori informazioni sull'orolgio al Cesio, clicca qua]

(Pagina presa ed adattata dalla pagina Web "Cose di Scienza", a cura di Antonio Vecchio)

Se volete altre informazioni su cosa è il Tempo, potete cliccare su questi link:
	Il Tempo: cosa è?
	L'orologio più antico del mondo: il Sole e le stelle!
	Archeoastronomia e il Tempo nell'antichità
	Il Tempo e le sue Unità di Misura