KapitelübersichtFragenTheorieAnwendungen,Querverbindungen

Zeitmessung

Pendel

Bau dir ein einfaches Pendel aus einem dünnen Faden und einem kleinen Gewicht. Das nennt man ein Fadenpendel. Führe nun folgende Versuche durch:

Frage 25

Wovon hängt es ab, wie schnell ein Pendel schwingt? Vom Gewicht? Vom Grad der Auslenkung? Von der Länge? Finde es durch Experimente heraus!

Frage 26

Versuche ein Fadenpendel zu konstruieren, das für eine halbe Schwingung (Mitte bis Mitte) eine Sekunde braucht (somit für Hin und Her 2 Sekunden). Verwende dazu eine Stoppuhr.

Sonnenuhren

Prinzip einer Sonnenuhr

Wir bauen nun eine recht einfache Sonnenuhr. Wenn sie fertig ist, dann sieht sie so aus:




Die fertige Sonnenuhr

Du brauchst dazu eine Scheibe, auf der du die Stunden einträgst. Der Abstand zwischen den einzelnen Stundenstrichen beträgt 15° (F22). Damit die Uhr richtig funktioniert, muss der Schattenwerfer parallel zur Erdachse stehen. Das ist dann der Fall, wenn der Winkel a (Abb. 2.13) der geografischen Breite deines Wohnortes entspricht. Wenn du diese nicht weißt, dann musst du schätzen oder im Atlas nachsehen. Der südlichste Punkt Österreichs liegt bei etwa 46°, der nördlichste bei 49°.




Der Schattenwerfer. Der Winkel a sollte der geografischen Breite entsprechen. Den Karton 5 cm einschneiden.



Auch auf der Scheibe den Karton einschneiden.

Nun musst du Scheibe und Schattenwerfer nur mehr wie in der vorhergehenden Abb. einschneiden, zusammenstecken und 12 Uhr genau nach Norden ausrichten - und hoffen, dass gerade die Sonne scheint. Wundere dich nicht, wenn die Uhr nicht ganz genau geht. Erstens zeigt sie deine Ortszeit an. Auf der Erde gibt es aber Zeitzonen. Österreich liegt mit den grün markierten Länden in einer Zeitzone. Alle diese Länder haben zur selben Zeit 12 h, egal, ob die Sonne grad wirklich am höchsten steht oder nicht. Außerdem sind die Tage nicht gleich lang und Sonnenuhren kennen keine Sommerzeit!




Der der Zeitraum zwischen 2 Sonnenhöchstständen (also von Mittag zu Mittag) schwankt im Laufe eines Jahres um ein paar Sekunden. Das hat damit zu tun, dass die Erde eine Ellipse um die Sonne beschreibt und die Erdachse um 23,5° auf diese Bahn geneigt ist. So kommt es, dass Sonnenuhren mal nach- und mal vorgehen, im Extremfall bis zu 16 Minuten.

Winkelweg der Sonne in einer Stunde

Die Sonne dreht sich (natürlich scheinbar) in 24 Stunden einmal um die Erde, das sind also 360°. In einer Stunde dreht sie sich also um 360°/24= 15°.

Tageslängen

Tageslängen


Das Bild zeigt die Tageslängen seit 1962. Die Schwankungen sind wahrscheinlich auf Massenverlagerungen im Erdkern, auf einen Drehimpulsaustausch zwischen Erdkern und Erdmantel sowie Verschiebungen der Wasser- bzw. Eisverteilung auf der Erdoberfläche verursacht. Weil die Tage meistens ein bisschen zu lange sind, muss von Zeit zu Zeit eine „Schaltsekunde“ eingelegt werden.




Quarzuhren

Stimmgabel


Nahaufnahme eines Schwingquarzes aus einer Quarzuhr. Er weist eine Frequenz von 32.768 Hz (215 Hz) auf und ist in Form einer miniaturisierten Stimmgabel ausgeführt.
Stimmgabel


Nahaufnahme eines Schwingquarzes aus einer Quarzuhr. Er weist eine Frequenz von 32.768 Hz (215 Hz) auf und ist in Form einer miniaturisierten Stimmgabel ausgeführt.
Foto: Gert Wrigge und Ilja Gerhardt
Quarzuhr


Rückseite einer Armbanduhr. Unten rechts Uhrenquarz mit Verkleidung, links daneben Knopfzelle (Batterie). Oben rechts Oszillator und Taktteiler (unter schwarzen Versiegelung) und oben links die Spule des Schrittmotors mit roten Lackdraht für den Antrieb der Zeiger.
Quarzuhrerfinder


1932 stellen die Physiker Adolf Scheibe und Udo Adelsberger die erste Quarzuhr in Deutschland her und finden mit ihrer Hilfe heraus, dass die Umdrehungsgeschwindigkeit der Erde jahreszeitlich verschieden lang ist. Im Frühjahr hinkt die Erddrehung der Zeit 30 Millisekunden nach, im Herbst geht die Erddrehung 30 Millisekunden vor.
Foto: Dr. Klaus Adelsberger




Atomuhren



Genauigkeit


Entwicklung der Ganggenauigkeit der Atomuhren am National Institute of Standards and Technology (NIST)
Quelle: United States Federal Government




Kuriose Uhren

Analematische Sonnenuhr




Eine so genannte analematische Sonnenuhr, bei der eine Person als Zeiger dient.
Foto: Willy Leenders




Wasseruhr




Dieser Kupferstich aus dem Jahr 1615 zeigt eine Wasseruhr, bei dem ein Schwimmer mit dem Zeiger eines Ziffernblatts verbunden ist.
Quelle: Deutsche Fotothek




Dezimaluhr




Eine französische Dezimaluhr aus der Zeit der französischen Revolution mit 10- statt 12-Stunden-Anzeige.




Zeitzonen

Zeitzonen


Die Zeitzonen (Zeitunterschiede gegenüber der Mitteleuropäischen Zeit)





Die Tag-Nacht-Grenze über Afrika und Europa
Quelle: NASA




Zeit und Lichtgeschwindigkeit - eine Zirkeldefinition

Aus dem Jahr 1983 ist die aktuelle Definition für das Meter. Es wurde damals mit Hilfe der Zeit bestimmt, die das Licht für 1 m benötigt. Dadurch sind aber Meter und Lichtgeschwindigkeit untrennbar miteinander verknüpft. Des Messen der Lichtgeschwindigkeit ist sinnlos geworden, weil sich ja aus der Definition des Meters die Lichtgeschwindigkeit ohne Messung ausrechnen lässt: c = s/t = 1 m/(1/299 792 458) s = 299 792 458 m/s. Die Messung macht nur zum Eichen eines Geräts Sinn!