Quanto tempo dura um segundo?
Einstein define a relatividade para leigos
"Quanto você está cortejando uma moça simpática,
uma hora parece um segundo. Quando você se senta
Num carvão em brasa, um segundo parece uma
hora. isso é a relatividade"
Fonte: Paul Strathern - Einstein e a Relatividade em 90 min.
Editora Jorge Zahar - 1998
Nos laboratórios, nas atividades espaciais e nos campos esportivos luta-se por frações de segundo. No comércio, contam-se os dias e as horas. No campo, as colheitas e o plantio traduzem semanas, quinzenas e meses. Os que estudam prendem-se a semestres. O ano a todos interessa. Os sábios debruçam-se sobre os séculos, pesquisam os milênios, revolvem as eras.
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O conhecimento de que o Tempo existe e deve ser medido seria bastante para sobrepor o homem ao animal. Há muitos milênios, as impressões do meio ambiente deram ao homem a noção de obediência a uma ordem superior, independente da sua vontade, indiferente à destreza do seu braço, e maior, muito maior do que a sua persistência!
Acima e por vezes contra os seus desejos e necessidades, a noite ocultava o dia, o Sol afastava o sono, as marés montavam e vazavam, as flores abriam e murchavam, as crianças tornavam-se jovens e os adultos chegavam à decrepitude! Algo de poderoso, incontrolável, eterno, impiedoso, governava o ciclo da vida humana! Era preciso conhecer essa força ao mesmo tempo amiga e adversa, palpável e invisível - o Tempo.
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Mas o mesmo Tempo não era igual para todas as criaturas, interessadas em conhecê-lo. Ao sofredor parece mais cruel e longo do que ao satisfeito.
Logo entenderam que não poderiam domar o Tempo com os seus recursos minguados. Nem poderiam pedir que o fizessem as coisas mutáveis do seu mundo imperfeito: as flores, os bandos de aves migradoras, os animais fugidios, a água que subia e minguava nos rios e lagos, a primavera e o inverno de chegada e duração irregulares. Muitos povos primitivos e tribos segregadas em nossos dias registraram seus fastos principais - "registro do inverno longo" – nas cascas de árvores, nas pedras. Sabiam ser aquele um método falho. E não havia coisa alguma de preciso, imutável? Nenhum movimento uniforme, perpetuamente igual? Havia. Não na Terra, ao alcance da mão, mas no céu: - os astros.
Os astros - E foi para os astros que o homem se voltou a fim de pedir um processo, uma medida para conhecer e controlar o Tempo. Os astros eram velhos conhecidos. Já no livro sagrado Gênesis, 1-2, 4a, a descrição prodigiosa do Hexaemeron, ou seja, a obra dos seis dias da criação do mundo (hex - seis; hemera - dia: érgon - obra) ensinava aos crentes que no quarto dia, ao criar três categorias de astros (Sol, estrelas e Lua) Deus Ihes confiara três missões: iluminar a Terra, distinguir o dia da noite e marcar as porções de tempo. No Alcorão, bem mais próximo de nós, lemos que Alá criou a Lua e apontou para as suas casas, para que os homens pudessem conhecer o número dos anos e a medida do tempo". E todos os povos primitivos contam o mesmo em seus livros sacros.
Dos astros vinham-lhe a luz e a treva, o frio e o calor, a esperança e o medo. Deles viriam também os dias, as semanas, os meses e os anos. Cada medida nascia por sua vez, com cálculos, instrumentos e métodos próprios. Uma história diferente para cada uma.
O dia e a noite - As exigências da vida naqueles primeiros momentos da espécie não eram muitas, embora fossem graves. Só o imediato valia: o comer, o beber, o dormir, o ir e vir, a melhor ocasião para a pesca, o momento em que os animais desciam aos bebedouros...
Desse modo, ligado tanto ao claro como ao escuro por tantos interesses repetidamente sentidos e resolvidos, o homem verificou que entre o mínimo de dois períodos de trevas mediava um espaço c/aro dedicado ao trabalho, à caça, à vida exterior, e entre dois períodos de luz um espaço escuro de sono, sustos, medo, fronteiras quase da morte! Eram o dia e a noite.
É certo que, durante milênios, o homem se contentou com separar a luz das trevas, o Sol da Lua. Dos mistérios de sua origem, ele emprestou à noite uma população tenebrosa de coisas e criaturas malfazejas. Das necessidades de sua carne e de seu espírito cedeu ao dia as galas e as vitórias. Durante muito tempo o homem amou o dia e receou a noite.
Por conseqüência, não só a vivência popular, mas as entidades responsáveis - Governos e Igrejas Medievais, p. ex. - reforçavam a crença de que tudo quanto se relacione com a Lua é mutável enquanto a precisão, a regularidade são atributos do universo do Sol. A Igreja Pré-medieval admitiu e mesmo adotou o calendário lunar para a fixação das Festas Móveis. Entre estas, a da Páscoa. Já o calendário solar ou Martirológico foi utilizado para a datação das Festas Fixas e para o registro dos sucessos consideráveis.
É base de todas as medidas de tempo. Para alguns povos foi calculado de aurora a aurora e para outros significava o espaço intercalado entre dois crepúsculos vespertinos. É quase dos nossos tempos o dia legal e geográfico, que .principia à meia-noite. Para astrônomos e navegantes, começa ao meio-dia.
Mas, no amanhecer do mundo, os nossos avós fizeram algo importante: sem saber com o que lidavam, estabeleceram a duração do movimento de rotação da Terra quando criaram o dia e a noite. Isso é ainda o dia em linguagem moderna: o tempo que vai entre duas passagens do Sol pelo mesmo meridiano. Isso também quer dizer que o dia solar não é igual para todos os lugares e todas as estações. De fato, varia, obrigando os sábios à criação do chamado dia solar médio que é um remendo naquela diferença. Mas a disciplina do universo é mais rígida do que quanto pôde criar até agora o engenho humano. Portanto, nem com a criação do dia solar médio se chegou a uma regularidade completa. Assim, quando o Sol cruza o meridiano de um certo lugar, marca o meio-dia nessa região. Quer isso dizer que nas regiões imediatamente vizinhas são onze e treze horas respectivamente e assim por diante. À frente do Sol ficam as horas da manhã e atrás dele as horas da tarde.
O dia e a noite estavam, pois, dominados no seu andamento. Nascem outras medidas: a hora, o minuto e o segundo. Ao fim de quem sabe quanto tempo, o homem aventurou-se nos longes de sua caverna e lançou-se a trabalhos sobre o mar, o deserto e as montanhas. Esboçava a marcha com que deveria tomar posse de toda a Terra. Foi quando percebeu que aquela primeira divisão do tempo já não bastava. Conhecia os números, sabia dividir quantidades, reconhecer sumariamente o caminho dos astros no céu. Pretendeu separar mais exatamente as partes de luz e de trevas, para conhecê-las e aproveitá-las melhor. A princípio, usou o método de que dispunha: dividir em partes iguais aquelas duas metades primitivas do tempo. Terá sido essa uma das primeiras convenções adotadas pelo homem. Nenhum sinal ou mudança no sol ou na Terra poderia justificar tal medida. Nem a repetição ordenada de qualquer acidente ou ocorrência, como sucede com o mês que se podia contar pelas fases da Lua ou com o ano marcado pela volta da estação das flores.
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De 12 em 12: a hora - O número 12 era dos prediletos do homem primitivo. O 12 resultava de um produto do número divino (3) e do número terreno (4). Daí ter sido ele a base da numeração primitiva, a duodecimal, da qual herdamos a estranha medida que é a dúzia. Doze eram geralmente as famílias bases de uma tribo, os signos do Zodíaco. Doze, as partes em que dividiram o dia e também a noite, pois dia e noite, para aqueles homens, constituíam entidades diferentes, até mesmo antagônicas. Divisões arbitrárias, iguais para o verão quanto para o inverno. A cada uma dessas 12 partes chamaram hora.
Ao longo das Idades, ao designativo geral juntaram-se apelidos locais ou profissionais. Os marinheiros, os pastores, os montanheses criaram denominações para seu uso. A Igreja, em época de profunda religiosidade, emprestou ao tempo civil a divisão aproximada do tempo eclesiástico. Trata-se das horas canônicas: matinas, noa, vésperas, etc.
Mais exigente mostrou-se a ciência afeta à mensuração do tempo.
Distinguiu, precisamente:
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Hora Solar Verdadeira - A vigésima quarta parte do espaço de tempo que flui entre duas passagens consecutivas do Sol pelo meridiano do lugar. A hora solar é dada pelos quadrantes solares.
Hora Solar Média - A hora indicada nos relógios. Espaço de tempo correspondente à vigésima quarta parte do tempo que um Sol fictício - denominado convencionalmente Sol Médio - gastaria para reproduzir no equador o movimento médio do Sol Verdadeiro. Sua duração é de cerca de quatro minutos mais longa do que a da hora sideral. Não sendo porém constante essa diferença e duração, impôs-se a ficção de um Sol a percorrer o equador em velocidade e movimento uniformes ao tempo em que o Sol real percorre a elíptica. Uma operação chamada Equação do Tempo permite deduzir-se a hora solar verdadeira da hora média solar.
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Fuso horário - A abençoada teimosia do homem em perseguir a verdade e a perfeição, resultou na convenção dos fusos horários. O globo terrestre foi dividido em 24 horas ou fusos, valendo cada um deles 15°. No interior de cada fuso vigora uma determinada hora legal. Antes dessa convenção, a hora legal dos diferentes países era determinada pela da sua capital. Em 1911 a Inglaterra, Alemanha, Portugal, Áustria, Hungria, Bélgica, Dinamarca, Espanha, Itália, França, Noruega, Japão, Suécia, Suíça, Turquia, Holanda, etc., aderiram ao sistema proposto dos fusos horários. O ponto de partida aceito foi o meridiano de Greenwich - famoso observatório astronômico nas proximidades de Londres.
Dessa forma, segundo a posição relativa de um território e a sua extensão no sentido leste-oeste, assim são determinados os seus fusos horários e a sua hora legal. O Brasil, por exemplo, possui terras em quatro fusos. Assim: Essa diversidade de hora legal faz com que ao meio-dia de Londres corresponda a seguinte marcação nos relógios de outros países e localidades:
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Diferenças na Hora-Padrão no Mundo
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História dos Calendários
A palavra vem do latim calandae, primeiro dia do mês romano, dia em que as contas eram pagas. Calendário é um sistema de divisão e contagem do tempo, ao qual se aplica um conjunto de regras baseadas na Astronomia, associando dias em períodos maiores, como semana, mês e ano.
EGÍPCIO - É o primeiro. Surge em 3000 a.C. O ano tem 365 dias, 12 meses de 30 dias e cinco dias extras, dedicados aos deuses. Os egípcios são os primeiros a usar um calendário solar. O ano começava no momento em que Sírius, a estrela mais brilhante do céu, aparecia no mesmo lugar em que o Sol nascia. O fenômeno coincidia com a cheia do Nilo, importante para a fertilização das terras. Havia três estações de quatro meses: Inundações ou cheias (Akket), semeaduras (Pert) e colheitas (Shemu).
BABILÔNICO - Compreende 12 meses lunares (divididos em quatro semanas), de 29 ou 30 dias cada, cujo início é assinalado pelo nascimento da Lua Nova. O ano tem 354 dias, 11 dias a menos que o ano solar. Ao fim de três anos há uma defasagem de cerca de um mês em relação ao ano solar. Para resolver essa diferença foi acrescentado um mês complementar (13º mês) ao final de cada período de três anos.
JUDAICO - De origem babilônica, adotado durante o cativeiro dos judeus na Babilônia. Contato desde 3.761 a.C., o que corresponde ao ano 1 da era judaica. O ano é contato de setembro a setembro; 1996 corresponde a 5756. Ano composto de 12 ou 13 meses de 29 ou 30 dias alternados, iniciando sempre na Lua Nova. O dia santificado é o sábado. Fundamenta-se ao relato bíblico de Gênesis, segundo o qual Deus criou o mundo em seis dias e descansou no sétimo. O dia inicia com o pôr-do-sol.
MUÇULMANO - Baseado no ano lunar de 354 dias, 355 dias nos anos abundantes, com 12 meses de 29 ou 30 dias intercalados. O mês começa quando o crescente lunar parece pela primeira vez após o pôr-do-sol. Tem cerca de 11 dias a menos que o calendário solar. Para ajustar a diferença, num ciclo de 30 anos, 11 amos têm 355 dias e os outros, 354. O ano 1 é a data da Hégira, a fuga de Maomé de Meca para Medina, em 16 de julho de 622. O dia santo é a sexta.
MAIA - Maias e Astecas tinham um calendário religioso e outro solar. O religioso compreende 260 dias, 13 meses de 20 dias. Cada dia tinha um nome: Ik, Akbal, Kan, Chicchan, Cimi, Manik, Lamat, Muluc, Oc, Chuen, Eb, Ben, Ix, Men, Cib, Caban, Eznab, Cauac, Ahan, Imix.
O calendário solar, de 365 dias, continha 18 meses de 20 dias e um mês "nefasto" de cinco dias. Meses: Pop, Uo, Zip, Zots, Tzec, Xul, Yexkin, Mol, Chen, Yax, Zac, Ceh, Mack, Kankin, Muan, Pax, Kayab, Cumhu, e Uayeb.
HINDUS - Ano de 12 meses de 30 dias. Seis estações: primavera, verão, chuvas, outono, inverno e orvalho. Ajustado ao ano solar pela intercalação de um mês suplementar de cada cinco anos.
GREGO - O mais difundido é o ateniense, formado de 12 meses de 29 (meses cavos) e 30 dias (meses plenos) alternados. Ano de 354 dias, mais curtos cerca de 11 dias que o ano solar. Para manter a coincidência dos meses lunares com o ano solar, os atenienses intercalavam um 13º mês. Atenienses não conheciam a semana, dividiam o mês em três dezenas.
ROMANOS - Houve vários. O primeiro foi criado por Rômulo em 753 a.C., ano de fundação de Roma, baseado no calendário egípcio. O ano tem 304 dias, divididos em dez meses lunares, seis de 30 dias e quatro de 31. Inicia em 1º de março. O calendário não concorda com o ano solar, nem com o lunar. Adota a meia-noite para o início do dia. O imperador Júlio Cesar reformou esse calendário com a ajuda do astrônomo Sosígenes em 708 da fundação de Roma (46 a.C.). É o calendário Juliano. Estabeleceu o ano de 365 dias e, para ajustar-se com o ano solar (365,25 ou 365 dias e 6 horas), acrescentou um dia a cada quatro anos em fevereiro, último mês do calendário romano. Este ano de 366 dias o nome de ano bissexto.
GREGORIANO - Ordenado em 1º de janeiro de 1582 pelo Papa Gregório XIII. A Igreja teria interesse me arrumar o calendário para determinar corretamente a data da Páscoa (móvel). É um ajuste no calendário juliano, que tinha acumulado uma diferença de dez dias em relação ao ano solar. Gregório XIII tirou dez dias do ano, corrigindo o calendário juliano. Conservou um ano bissexto a cada quatro anos e determinou que não fossem bissextos os anos seculares (que terminam em dois zeros, ou seja, o último ano de cada século), exceto aqueles que são divisíveis por 400. Com isso retirava-se um dia a cada 100 anos e adicionava-se um dia a cada 400 anos. Curiosidade: dividindo 365 por 7 sobra 1; por isso todo ano não-bissexto começa e acaba no mesmo dia da semana. O calendário é quase universal. Mesmo países não-cristãos o adotam para uso civil, mantendo o outro para fins religiosos.
A história dos relógios
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Os meios de conservação e disseminação do tempo, sofreram ao longo dos séculos uma grande evolução, marcada pelo aperfeiçoamento constante de vários dispositivos bastante engenhosos e singulares em sua evolução.
Partindo-se do Sol como referência natural em função dos dias e das noites, os relógios de Sol foram acompanhados por outros que utilizavam o escoar de líquidos, areia ou a queima de fluidos, até se chegar aos dispositivos mecânicos que originaram os pêndulos.
Com a eletrônica e a descoberta do efeito piezelétrico, os relógios de quartzo passaram a servir como padrões, evoluindo posteriormente até os atuais padrões de Césio e Maser de Hidrogênio.
Em paralelo, a referência da rotação do nosso planeta também deixou de ser confiável e embora sua translação ainda seja utilizada como referência para o Tempo das Efemérides, é nos "Pulsar", estrelas de nêutrons com pulsações bastantes regulares, que o homem busca agora, uma referência estável que seja imune às variações de diversas origens observadas no interior do Sistema Solar.
Em nosso País, desde o início de suas atividades no tempo do Império e a partir de 1913, através de uma lei específica, o Serviço da Hora do Observatório Nacional, vem gerando, conservando e disseminando a Hora Legal Brasileira, seja por meios próprios ou através de emissoras de Rádio, TV e da EMBRATEL, a todo o território nacional com diferentes níveis de exatidão e confiabilidades. O atual sistema, com emissão centralizada no Rio de Janeiro poderá ser aperfeiçoado e expandido, beneficiando toda a comunidade usuária com as transmissões passando a provir de uma nova estação emissora em Brasília, sem que sejam extintos os trabalhos já existentes nos locais atuais.
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Relógios: Uma Evolução Marcada com o Tempo
A história dos relógios acompanha, efetivamente, a própria história da civilização. Iniciando-se por volta de 5000 anos passados registra a evolução do homem em seu progresso através dos tempos até os nossos dias.
Iniciada a pouco mais de um século, a industrialização dos relógios é relativamente recente. Na atualidade é uma das indústrias mais evoluídas do nosso planeta, sendo produzidos em todo o mundo cerca de 250 milhões de unidades anualmente. Isto sem dúvida porque a medição do tempo foi, é, e certamente continuará a ser uma preocupação permanente.
Cronologia dos Relógios
Século XXXI aC
3000 a.C. - Relógio de Sol. Surge o primeiro Gnomon. (Fig. 1)
Fig. 1 - Relógio de Sol (Gnomon), no campo de Marte em Roma, imperador Augusto, 27 a.C.
Século XVI a.C.
1500 a.C. - Inscrição funerária egípcia menciona uma clepsidra, relógio de água, construída para o rei Amenophis I. (Fig. 2)
Fig. 2 - Relógio de água, Clepsidra, um dos mais primitivos
Século X aC
950 a.C. - Homero menciona em suas obras os períodos do dia e do ano solar.
Século VII aC
600 a.C. - Referência a um relógio de sol, chamado "pedra horária", construído na Babilônia, por Beroso.
Século V aC
430 a.C. - Na Grécia começa a ser usada a clepsidra.
Século III aC
287 a.C. - Arquimedes inventa as rodas dentadas.
Século II aC
157 a.C. - Roma conhece a clepsidra, levada por Scipião Násica.
Século I aC
27 a.C. - É erigido no Campo de Marte, em Roma, um obelisco com a função de Gnomon.
Século III
250 - d.C. Surgem referências aos primeiros relógios de areia, ampulhetas.
Século VIII
721 - Y. Hang, astrônomo chinês, constrói uma clepsidra mecânica que indicava o movimento dos astros.
Século IX
885 - Alfredo o Grande usa velas para medir o tempo.
Século XI
1090 - O chinês Su-Sung publica um tratado sobre relógios de torre, movidos a água.
Século XIII
1251 - O arquiteto Villard desenha um escapamento de relógio.
1292 - É construído o relógio da catedral de Canterbury.
Século XIV
1330 -O abade Ricardo de Walingfard constrói o relógio astronômico de Santo Albano.
1380 - Surgem na península itálica os primeiros relógios domésticos.
Século XV
1459 - A fita de aço é pela primeira vez aplicada nos relógios como elemento motor, a mola.
1500 - Pedro Henlein, de Nuremberd inventa um relógio portátil.
Século XVI
1525 - O caracol é inventado por Jacob Zech, de Praga.
1530 - Começam a ser usadas platinas de latão nos relógios portáteis.
1549 - Os portugueses introduzem no Japão os relógios mecânicos.
1560 - Surge a corrente do caracol, que substitui o fio de tripa.
1570 - Inicia-se a aplicação das figuras animadas na relojoaria.
1582 - Galileu Galilei descobre o isosincronismo das oscilações do pêndulo.
1585 - Jost Burgi constrói um relógio com corda para três meses.
1587 - Começa em Genebra, Suíça, a fabricação de relógios.
1600 - Generaliza-se a produção e uso de relógios portáteis, que tomam as mais variadas formas.
Século XVII
1610 - Inicia-se o uso dos vidros de proteção sobre os mostradores e ponteiros dos relógios portáteis.
1640 - Galileu Galilei, com 76 anos e cego, dita a seu filho e a seu aluno Viviani todos os detalhes que permitiram a estes desenhar o célebre relógio de Galileu, provido de um pêndulo e um escapamento livre.
1650 - Christian Huygens planeja a aplicação do pêndulo nos relógio.
1657 - É construído o primeiro relógio a pêndulo pelo relojoeiro Salomão Coster, de Haia.
1670 - O ponteiro de minutos começa a ser aplicado.
1675 - Christian Huygens inventa a espiral de aço, cabelo, para relógios de bolso, substituindo a cerda de porco.
1676 - Quare e Barlow criam a soneria de repetição, batendo horas e quartos, pela pressão do suporte da argola, nos relógios portáteis.
1700 - Surgem neste século os primeiros relógios de azeite.
Século XVIII
1704 - Nicolas Fatio é o primeiro a produzir e usar nos relógios rubis perfurados como mancais.
1714 - O parlamento inglês oferece um prêmio para o construtor de um relógio que permitisse melhor determinação da longitude no mar.
1726 - George Graham inventa o pêndulo com compensação a mercúrio.
1730 - O primeiro relógio Cuco é fabricado na Floresta Negra.
1748 - Pierre Le Roy apresenta à Academia de Ciências de Paris um escapamento livre.
1751 - É fabricado em Paris, por Le Plat, um relógio que carrega sua corda, com variações da pressão atmosférica.
1759 - Thomas Mudge inventa o escape a âncora para relógios portáteis, ainda usado em nossos dias, com algumas alterações, em todos os modernos relógios de pulso à corda.
1761 - John Harrison, com o seu cronômetro de marinha número quatro, resolve o problema das longitudes no mar e recebe do governo inglês uma parte do prêmio de 20 mil libras.
1761 - Pela primeira vez é usado o termo cronômetro por Pierre Le Roy.
1765 - Surge o ponteiro central de segundos.
1775 - John Arnold inventa o cabelo helicoidal, para cronômetros.
1790 - Abraham Louis Breguet melhora e introduz inovações importantes nos relógios de bolso, tais como corda automática, sistema a prova de choque, etc..
1800 - É inventada a pilha elétrica, por Alexandre Volta.
Século XIX
1830 - Pela primeira vez um pêndulo é acionado pela eletricidade pelo físico Zamboni, de Verona.
1840 - Lord Grimthorpe inventa o escape à gravidade, concebido especialmente para o Big-Ben de Londres.
1842 - Adrien Philippe inicia a fabricação de seus relógios de bolso, com corda pela coroa.
1856 - Louis Clement François Breguet idealiza um dispositivo eletromagnético, para carregar a corda dos relógios.
1865 - George Fréderic Roskopf inventa o escapamento econômico, com âncoras de pinos.
1880 - O casal Curie descobre as qualidades piezo-elétricas do cristal de quartzo.
1884 - O meridiano de Greenwich é aceito internacionalmente como o ponto inicial na escala dos meridianos para o cálculo das longitudes.
1884 - Thomas Alva Edison descobre a emissão termoiônica, efeito de Edison, que permitiu a criação da válvula eletrônica.
1891 - Sigismundo Riefler inventa um escapamento para pêndulo de Observatórios.
1900 - Inicia-se o uso dos relógios de pulso.
Século XX
1912 - Primeira Conferência Internacional da Hora em Paris: - unificação dos sinais horários por rádio. Uso universal do Greenwich-Mean Time.
1914 - John Harwood patenteia um dispositivo de corda automática, adaptado para os relógios de pulso.
1918 - H. E. Warren realiza o primeiro motor elétrico síncrono, para relógios.
1928 - A IAU recomenda a designação "Universal Time" para o dia solar médio em Greenwich contado a partir de meia-noite.
1930 - Warren A. Morrison constrói o primeiro relógio a cristal de quartzo.
1935 - Comparações entre observações astronômicas e os relógios de quartzo em Postdam indicaram variações irregulares e imprevisíveis na rotação da Terra.
1941 - É fundado em São Paulo o Instituto Brasileiro de Relojoaria.
1942 - I. I. Rabi inicia as pesquisas relacionadas ao núcleo dos átomos, o que levará ao relógio atômico.
1948 - Surge experimentalmente o primeiro transistor, devido aos trabalhos de Willian Shochley.
1948 - O primeiro relógio atômico é construído no "National Bureau of Standard", EUA.
1948 - Pesquisas sobre relógios, comandados por sinais de rádio, são iniciadas no Brasil, por Dimas de Melo Pimenta.
1950 - Introdução da escala de tempo das Efemérides (ET).
1955 - Charles H. Townes orienta a construção do relógio atômico de Maser. (Fig.11)
1956 - J.R. Zacharias e R.T. Daly, apresentam o primeiro relógio atômico comercial.
1957 - Max Hetzel, da fábrica Hamilton dos EUA, apresenta o primeiro relógio de pulso eletrônico.
1958 -O Laboratório de Pesquisas Relojoeiras, de Neuchatel, constrói o primeiro relógio atômico suíço.
1958 - P. Bender do NBS (EUA), desenvolve técnica que permite mais tarde a construção de padrões atômicos de rubídio.
1959 - A fábrica Dimep do Brasil inicia as pesquisas para a fabricação de relógios a quartzo no Brasil.
1960 - As forças armadas americanas concebem o projeto para o sistema GPS de navegação que como subproduto permite a disseminação de tempo e freqüência no mundo inteiro, com grande precisão.
1967 - Aparecem no mercado mundial os primeiros relógios de pulso a quartzo, com mostradores e ponteiros convencionais.
1967 - A 13a Conferência Geral de Pesos e Medidas (CGPM), passou a considerar o padrão de Césio, como base para a definição da unidade de tempo (segundo).
1969 - Criada a escala de Tempo Atômico Internacional(TAI).
1970 - Começa a funcionar no Brasil, no Observatório Nacional, o 1° Padrão Atômico de Césio.
1972 - Começa a ser comercializado nos EUA os relógios de pulso com mostrador digital de LED.
1972 - O novo sistema de Tempo Universal Coordenado (UTC), baseado nos padrões atômicos, passou a vigorar à partir de 1° de janeiro.
1973 - Aprovação do sistema GPS.
1974 - Chega ao Observatório Nacional, o 1° Padrão Atômico de Rubídio.
1978 - Lançamento do primeiro dos 18 satélites que comporão o sistema.
1983 - Lançamento do oitavo satélite do sistema GPS.
1985 - Lançamento do décimo primeiro satélite do sistema GPS.
1987 - A fábrica de automóveis GM nos EUA planeja ter em seus automóveis receptores para o GPS.
1996 - Instalados no Observatório Nacional, 2 Masers de Hidrogênio da Marca KVARZ, os primeiros do Hemisfério Sul.
1997 - Instalados no Observatório Nacional, dois padrões de Césio HP5071A, os mais modernos da atualidade.
Dia Solar Verdadeiro - Dia Solar Médio
O relógio de Sol baseia-se no aparente movimento do Sol pela abóbada celeste e na conseqüente deslocação da sombra projetada sobre uma superfície plana ou curva, de um corpo iluminado por esse astro. Primitivamente esses relógios eram bastante rudimentares, porém, de certa época para cá, receberam muitos aperfeiçoamentos, obedecendo sua construção à Geometria Descritiva.
.É um instrumento destinado a determinar as horas do dia pelo movimento da sombra de uma haste ou outro objeto, produzida pelos raios solares, podendo ser fixo ou portátil. Podem ainda ser horizontais, verticais, inclinados, c.ilíndricos, esféricos ou cruzados, sendo que os modelos mais em uso foram os verticais e horizontais.
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Nos relógios de Sol horizontais, verticais e inclinados, normalmente os quadrantes são planos; nos cilíndricos, como o próprio nome indica, as horas são assinaladas sobre um cilindro, nos esféricos em uma esfera, e os cruzados por meio de uma cruz.
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Os relógios solares na realidade não marcam as horas de forma idêntica aos relógios mecânicos; estes dividem o dia exatamente em 24 horas, cada hora em 60 minutos e cada minuto em 60 segundos; é uma divisão calculada pelo homem e o período representado por 24 horas, de um relógio mecânico, corresponde a um dia solar médio. Os relógios de Sol, muito embora marquem as horas aproximadamente às dos relógios mecânicos, raramente coincidem com estes, visto que assinalam as horas correspondentes ao dia solar verdadeiro. Vejamos agora qual é a diferença existente entre o dia solar médio e o dia solar verdadeiro. Denomina-se dia solar verdadeiro o tempo que o globo terrestre demora em dar uma volta sobre seu próprio eixo, tomando-se como ponto de referência o Sol. Sucede que, enquanto a Terra gira em redor de seu eixo, percorre também uma parte de sua órbita de translação ao redor do Sol - a Terra, portanto, ao girar sobre seu eixo, avança pelo espaço sideral, ou seja, tem dois movimentos: o de rotação e o de translação.
Se os dois movimentos da Terra fossem regulares, os dias solares teriam sempre a mesma duração, porém a órbita da Terra ao redor do Sol não é uma circunferência mas sim uma elipse e isto faz com que o movimento da Terra não seja regido pela lei do movimento uniforme, mas sim pela lei das áreas ou leis de Kepler, uma vez que foram elas descobertas pelo célebre astrônomo alemão Kepler e enunciadas por ele em 1609; segundo essas leis, os astros, em tempos iguais, não percorrem espaços iguais, mas sim áreas iguais. Por esse motivo é que os dias de inverno e verão apresentam uma diferença em sua duração.
Se compararmos as horas de um relógio de Sol em relação aos relógios mecânicos, observaremos que o meio-dia solar oscila durante as diversas estações do ano, sendo isso ocasionado pela aparente variação do movimento do Sol pela abóbada celeste, decorrente do movimento de translação elíptica da Terra.
Os relógios mecânicos, devido ao cálculo de suas engrenagens, marcam um tempo sempre regular ou seja o tempo médio, que é a média anual de todas as variações do tempo solar. Assim, nestes relógios os dias têm sempre o mesmo número de horas, não apresentando nenhuma diferença de um dia para outro durante todo o ano, pois medem o dia solar médio, que é o tempo em que a Terra levaria para dar uma volta sobre seu eixo, tomando como ponto de referência o Sol, se seu movimento de translação ao redor desse astro fosse rigorosamente uniforme em todas as épocas do ano, isto é, se sua translação ao redor do sol seguisse não uma elipse, mas uma circunferência.
Até fins do século XVIII, e mesmo princípios do século passado, muitas obras foram escritas sobre a construção de relógios de Sol. Uma delas, contendo 260 páginas, intitulado "Horographia sive Horologiorum descriptio", de autoria de Ionnis Baptistae Cora, de 1697, nos mostra com que seriedade e profundidade era tratada a "ciência da Horologia solar". E note-se, isto numa época em que os relógios mecânicos estavam plenamente difundidos, já se fabricando até mesmo relógios pequenos de bolso e a lei do pêndulo, havia mais de 100 anos, tinha sido descoberta por Galileu Galilei.
Relógio de sol
Foi a partir da observação de fenômenos que se repetiam em ciclos constantes e leis imutáveis que guiavam os astros, que apareceram os primeiros astrônomos e por certo foram eles os primeiros homens a se preocuparem com a medição do tempo. A ciência de medir o tempo ligou-se de uma forma lógica à astronomia, que atraiu, nas primeiras civilizações, os homens de ciência mais proeminentes. Desse modo Astrônomos, Físicos, Matemáticos, Sacerdotes, Médicos e Filosóficos se preocuparam com a criação de instrumentos que pudessem assinalar o transcorrer do tempo. Primitivamente, o homem passou a dividir o tempo em noite e dia. O passo seguinte foi o fracionamento do período diurno em certo número de partes, que podemos chamar de horas, e isto foi possível graças à movimentação da sombra dos corpos iluminados pelo Sol.
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figura 3 - Relógio de Sol
Relógio de água
Os relógios de Sol já não satisfaziam mais as necessidades do homem devido ao seu funcionamento restrito. A necessidade absoluta da presença dos raios solares para que esses relógios indicassem as horas, os tornavam limitados. Durante a noite e nos dias nublados, o relógio não tinha serventia. Isto obrigou o homem a procurar novos caminhos que o permitissem ser, o senhor do tempo. Para isso aperfeiçoou as suas técnicas usufruindo de uma outra força natural perene: a água. O escoamento do um líquido de um reservatório com um pequeno orifício na base, de um nível superior para um inferior, e a regularidade da "transfusão" do líquido para outro recipiente, deu ao homem o princípio que lhe permitiu construir uma nova classe de medidor de tempo. O Relógio hidráulico foi o primeiro nome dado a esses novos instrumentos. Depois, ao serem conhecidos pelos gregos, receberam o nome de Clepsidra. Há historiadores que apresentem Platão como o autor da mais antiga Clepsidra, isto por volta de 400 a.C.
Figura 4 - Relógio de água
Relgio de Areia
A criação da ampulheta, também chamada relógio de areia, foi sem dúvida uma decorrência natural da necessidade que o homem teve de possuir um aparelho transportável para a medição do tempo. O desenvolvimento da fabricação do vidro, alguns séculos antes do início da era cristã, provavelmente gerou a idéia da criação de uma clepsidra transportável, toda fechada, à prova de vazamento, certamente construída, como era tradicional, por dois vasos um em sentido superior ao outro e ligados internamente por um orifício por onde a água escoasse. Daí internamente por um orifício por onde a água escoasse. Daí a substituição da água pela areia e desenvolvimento do desenho da ampulheta, como hoje a conhecemos, terá sido um passo natural, uma vez que a areia, construída de partículas sólidas, sem dúvida se apresentava como o material ideal para esse fim devido à sua mobilidade e estabilidade elevada em relação à água das clepsidras. Os períodos de tempo registrados pela ampulheta apresentavam uma precisão relativa, considerada razoável para determinados fins. Ela foi empregada especialmente quando se tratava de medições de curta duração, uma vez que sua pouca precisão não permitia observações de maior amplitude. Tinha no entanto características importantes e valiosas: era facilmente transportável e seu manejo muito simples, podendo ser usada em qualquer lugar com muita comodidade.
Figura 5 - Relógio de areia - (ampulheta)
Relógio de Fogo
Diversos tipos de medidores de tempo surgiram ao longo dos séculos. Do primeiro relógio de sol aos mais modernos relógios eletrônicos, são inúmeros os modelos curiosos que intermeiam a história dos marcadores do tempo. A exemplo da clepsidra, onde a água, baixando de nível em um recipiente pelo gotejar, marcava as horas que passavam, o Relógio de Azeite também se baseia nesse mesmo princípio. Porém, o líquido - azeite - baixa de nível ao ser consumido por combustão. A similaridade existe, apenas diferindo na maneira de como o líquido decresce em seu depósito. Esse relógio de azeite era construído a partir de uma lamparina de estranho, com um depósito de cristal ou de porcelana translúcida, que continha o azeite. A lamparina, do tipo sem mecha, funcionava como uma lâmpada comum de azeite e era alimentada pelo óleo do depósito, o qual possuía um tubo de aspiração; com a queima do azeite na lamparina, o nível deste abaixava no depósito permitindo constatar-se a descida contínua do líquido. Na parte externa do depósito, em sentido vertical, havia uma faixa graduada, marcada com algarismos romanos, que representavam as horas. Com a lamparina acesa, o nível do óleo decrescendo no depósito assinalava as horas. Estes relógios eram usados, principalmente, no período noturno, uma vez que a lamparina servia para iluminar o ambiente e o depósito devidamente demarcado assinalava a hora. Os relógios de azeite apresentavam uma relativa precisão de funcionamento, considerada razoavelmente boa para a época.
Relógio Mecânico
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É atribuída ao povo chinês a primazia na criação de um escape mecânico. O seu inventor seria o monge budista, notável matemático e astrônomo de seu tempo I-Hsing (682-727). Presume-se que o aparecimento de relógios totalmente mecânicos, tenha sido na Europa ao final do século XIII. O relógio mecânico de pesos deriva da clepsidra (relógio hidráulico), com mecanismos de engrenagens, que, provavelmente, sejam dotadas de algum elemento regulador que contenha o movimento do sistema, mantendo sua rotação dentro de um ritmo simétrico. A tão decantada engenhosidade do homem foi posta à prova quando se concluiu que, para construir um relógio essencialmente mecânico, precisava-se contar um elemento regulável que contivesse o andamento das suas engrenagens, mantendo-as dentro de uma rotação tal, que permitisse fazer girar a última roda do trem de engrenagens, tão vagarosa e regularmente, que propiciasse, com segurança, a contagem de um razoável espaço de tempo. Era fácil regular o escape da água de uma clepsidra: bastava aumentar ou diminuir o orifício onde escoava o líquido. Mas, ao tentar criar um escape mecânico, o homem sentiu a magnitude de um problema simples, mas que demorou vários séculos para ser desvendado.
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O escapamento, como regulador da marcha dos relógios mecânicos, foi o órgão que permitiu o invento desses relógios, já que as engrenagens já eram conhecidas há tempo, tal como o movimento de um conjunto de engrenagens por meio de um peso. Os relógio mecânicos, desde o início até fins da Idade Média (1300-1450), empolgaram de tal forma o homem, que foram considerados como símbolos do equilíbrio, da sabedoria e da virtude, Boa parte dos relógios construídos nesse período, e mesmo posteriormente, apresentavam figuras e desenhos alusivos a esse nobres qualidades que o homem deveria possuir; isto quando não se referiam diretamente à inexorabilidade do escoar do tempo, como é o caso do relógio da catedral de Estrasburgo.
O relógio de peso foi o primeiro dos relógios mecânicos. Os relógios de pesos eram muito altos, e estavam encerrados numa caixa com uma janela por onde se via oscilar o pêndulo. Não tinha máquina, mas apenas um peso ligado a uma corrente, enrolada em volta de um cilindro. Pela força da gravidade, o peso ia fazendo girar lentamente o cilindro, que transmitia seu movimento aos ponteiros. Como nos atuais relógios de pêndulo, esse movimento era sincronizado por um regulador.
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Figura 6 - Relógio de pesos
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Relógio Elétrico
Poderá parecer, à primeira vista, que os relógios elétricos são frutos de um trabalho relativamente recente, uma vez que a própria eletricidade teve sua grande expansão neste século. Isso porém, não sucede. A ciência da medição do tempo, sempre presente durante toda a evolução humana, é talvez uma das que mais cedo se ligaram à eletricidade. A eletricidade foi aplicada com resultados positivos à relojoaria, pela primeira vez, no ano de 1830, pelo físico Zamboni, de Verona, que comunicou sua invenção em 1832. Nessa época, um pêndulo, em experiência, foi posto a funcionar pela eletricidade, que se tornou desde então, mais um elemento motor com que a relojoaria passaria a contar.
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A principal vantagem do relógio elétrico é que não há necessidade de lhe dar corda. É constituído por uma roda de balanço, acionada por um eletroímã, alimentado por pilhas ou por corrente alternada. A corrente é interrompida periodicamente, a cada oscilação, por um contato que liga a roda de balanço. Em vez da roda de balanço ser impulsionada pela máquina do relógio, aqui dá-se ao contrário: a roda de balanço é que faz mover as engrenagens. Há diversos tipos de relógios elétricos. Alguns tem corda, como os relógios comuns, que é enrolada eletricamente. Outros funcionam, simultaneamente, com corrente alternada e com pilhas.
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Relógio Eletrônico
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A válvula termoiônica ou eletrônica, como é mais conhecida, deve-se às pesquisas de Du Fay em 1733, De Becquerell em 1853 e, principalmente, aos trabalhos de Edison, que o levaram, em 1884, à descoberta da emissão termoiônica, a que se deu o nome de “efeito de Edison”. Essa válvula de dois eletrodos só pode ser usada na prática quando Lee de Forest, 1907, introduziu-lhe um novo elemento e a aplicou com êxito nas transmissões de telegrafia sem fios. A partir dessa data, a eletrônica se desenvolveu e, já em 1930, foi construído o primeiro relógio a cristal de quartzo, por Morrison, nos laboratórios da Bell Telephone, Nova York. Esses relógios, assim como todos os outros construídos até o advento do transistor, eram enormes e complexos conjuntos de válvulas eletrônicas, exclusivamente destinados a laboratórios de pesquisas ou observatórios astronômicos.
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Relógios de quartzo.
A evolução da humanidade exige constantemente maior precisão no controle de tempo, no entanto, ainda hoje é muito comum ser necessário acertarem-se os relógios uma ou mais vezes por mês. Por este motivo, nos anos mais recentes a indústria relojoeira tem mostrado profundo interesse na obtenção de novos meios de melhorar a precisão na marcação do tempo, e encontrou no cristal de quartzo um padrão excepcional para esse fim.
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O cristal de quartzo começou então ser adotado também na produção de relógios de pulso. Pelos progressos tecnológicos alcançados neste campo, os relógios com cristais de quartzo dominariam uma parte considerável do mercado.
Cartier e Santos-Dumont
Em 19 de outubro de 1901, Santos-Dumont ganhou o prêmio Deutsch de la Meurthe depois de haver pilotado seu dirigível Nº6 desde Parque de Saint Cloud até a torre Eiffel, fazendo o percurso de ida e volta em pouco mais de trinta minutos. Esta proeza foi celebrada, naquela mesma noite, no elegante restaurante Maxim's.
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Entre os convidados encontrava-se Louis Cartier, grande amigo do célebre pioneiro da aviação. Na ocasião Santos-Dumont queixou-se a Cartier da dificuldade de consultar seu relógio de bolso a fim de marcar a duração exata de seus vôos. Louis Cartier pôs as mãos à obra e, em março de 1904, o resultado foi um relógio de pulso com uma correia de couro e fivela para prendê-lo. Santos-Dumont jamais voltou a voar sem seu relógio de pulso.O relógio Santos foi oficialmente apresentado e, 20 de outubro de 1979 no Museu de Arte de Paris, junto ao Demoiselle 1908, o último aeroplano construido por Santos-Dumont. Em 2001, uma série limitada do relógio Santos foi apresentada à América Latina e Caribe como uma interpretação contemporânea do original desenho de Cartier, em 1904.
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Relógios Atômicos de Césio
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Fig. 8 - Referência nacional de tempo e freqüência
.O Primário acima, instalado dentro de uma cabine blindada no Observatório Nacional, serve de referência para os demais padrões existentes no Brasil. Ele é o primeiro elo de uma corrente metrológica que passa por laboratórios de centros de pesquisa, de industrias até chegar ao dia a dia da população, pois o Tempo e Freqüência estão presentes nos: taxímetros, medidores de consumo de energia elétrica, fornos de microondas, relógios de pulso, relógios de ponto, relógios de estacionamento de autos, velocímetros de autos, radares que monitoram velocidade de autos, cronômetros utilizados em competições esportivas, etc.
Unidades de Medida
Grafia dos nomes das unidades:
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Quando escritos por extenso, os nomes das unidades começam por letra minúscula, mesmo no caso em que lembram nomes próprios de cientistas.
Exemplos: newton, kelvin, pascal, etc.
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Faz exceção a esta regra o nome da unidade de temperatura denominada “graus Celsius”, escrito com C maiúsculo.
Plural de nomes de unidades:
Ao serem escritos ou pronunciados por extenso, os nomes das unidades no plural recebem a letra “s” no final das palavras que a designam, mesmo contrariando as regras gramaticais.Exemplos: metros, quilogramas, farads, kelvins, mols, pascals, etc.
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Constituem exceções a esta regra os nomes ou partes dos nomes que terminam pelas letras “s”, “x” e “z”, iguais no singular e plural. Exemplos: siemes, lux, hertz, etc.
Grafia dos símbolos de unidades e prefixos:
Os símbolos das unidades são grafados em caracteres romanos verticais minúsculos, a não ser quando derivam de nomes próprios, caso em que, para representá-los, a primeira letra desses nomes (muitas vezes a única) é grafada como maiúscula.Exemplos: m (metros), kg (quilograma), K (kelvin), W(watt), Wb (weber), H (henry), Hz (hertz), etc.
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Faz exceção a esta regra, o símbolo de “ohm”, unidade de resistência elétrica que é representada pela letra grega “” (ômega maiúsculo).
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Os símbolos são invariáveis, não admitem plural, ponto, letra ou índice depois de sua grafia.
Ao escrever as medidas de tempo, observe o uso correto dos símbolos para hora, minuto e segundo.
Padrão de Tempo (s)
.O Sistema Internacional de unidades, ratificado pela 11ª CGPM/1960 e atualizado até a 20ª CGPM/1995, compreende sete unidades de base e outras unidades derivadas. As sete unidades de base são: ampère, candela, quilograma, kelvin, mol, metro e segundo.
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Em Outubro de 1967 na 13ª CONFERÊNCIA GERAL DE PESOS E MEDIDAS, o segundo foi definido como:
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o segundo é a duração de 9.192.631.770 períodos da radiação correspondente aos dois níveis
hiperfinos do estado básico dos átomos de Césio 133.
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Os átomos, quando excitados, emitem radiações monocromáticas, fenômeno que permite a determinação do segundo a partir da freqüência das radiações. A radiação do césio é a referência para estabilizar a freqüência de um oscilador de quartzo. A exatidão da escala de tempo atômica pode ser comparada a um relógio que em 1 milhão de anos apresenta uma variação de menos de 1 segundo.
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O relógio atômico de feixe de césio emite radiação de freqüência "υ" determinada pela relação hυ= EB – EA , sendo h a constante de Planck, EB, EA níveis de energia.
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A transição adotada para definir o segundo foi escolhida por motivos técnicos devido aos instrumentos para medir freqüência disponíveis, facilidades no emprego do césio para produzir um feixe atômico, detecção por ionização, etc.
Os átomos de césio são irradiados com uma radiação na faixa de microondas, ajustando-se esta freqüência até que ocorra a transição (9.192.631.770 Hz). Ao atingir o nível máximo, a freqüência da radiação incidente coincide com a do césio e pode ser mantida estável facilmente.
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O oscilador de quartzo do gerador de microondas produz os sinais horários gerados pelo relógio.
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Referências Bibliográficas
.> IVAN M. SILVA, PAULO M. SILVA E ZULMIRA DE A. BRANDÃO, OS RELÓGIOS E SUA EVOLUÇÃO, OBSERVATÓRIO NACIONAL, Departamento Serviço da Hora - DSH
> DIMAS DE, M. PIMENTA - O Relógio...Sua História, Dimep 1976.
> BYRON E. BLAIR, Editor - Time and Frequency: Theory and Fundamentals, NBS monograph 140, May 1974.
> MARTIN R. STEGLITZ - The Global Positioning System, Microwave Journal, April 1986.
> WILLIS I. MILHAN - Time and Timekeepers, Macmillan 1974.
.Artigo gentilmente cedido para a reprodução pelos autores:
Alexandre Luis Marangoni
Luiz Gustavo Aleixo Draghi
José Ricardo da Costa Ribas
Mário Tuena Neto.
Todos do Curso de Engenharia Mecânica da Unesp de Bauru - SP
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