O segundo, de símbolo s, é uma unidade de tempo que deriva da divisão do dia em 24 horas, de cada hora em 60 minutos e de cada minuto em 60 segundos, o que totaliza 24 × 60 × 60 = 86.400 segundos por dia. Essa definição, baseada em 1/86.400 de uma rotação da Terra, ainda é usada pelo sistema Tempo Universal 1, ou UT1.
A definição formal do Sistema Internacional de Unidades, o SI, é mais precisa: O segundo [...] é definido fixando-se em 9.192.631.770 o valor numérico da frequência do césio, ΔνCs, que corresponde à frequência da transição hiperfina do estado fundamental não perturbado do átomo de césio-133, quando expressa na unidade hertz, igual a s−1.
Essa definição foi adotada em 1967, quando os relógios de césio permitiram definir o segundo com base em propriedades fundamentais da natureza. Como a velocidade de rotação da Terra varia e diminui muito lentamente, um segundo bissexto é acrescentado em intervalos irregulares à hora civilA hora civil é ajustada, direta ou indiretamente, ao Tempo Universal Coordenado, que inclui segundos bissextos. Nos campos científico e técnico, também são usadas escalas de tempo sem segundos bissextos. para manter os relógios sincronizados com a rotação terrestre.
Etimologia "Minuto" vem do latim pars minuta prima, que significa "primeira parte pequena" e corresponde à primeira divisão da hora em 60 partes. "Segundo" vem de pars minuta secunda, "segunda parte pequena", uma nova divisão em 60 partes.
Usos Os relógios analógicos, inclusive os de pulso, costumam ter sessenta marcas no mostrador para os segundos e os minutos, além de um "ponteiro dos segundos" que acompanha a passagem do tempo nessa unidade. Os relógios digitais costumam ter um contador de segundos com dois algarismos.
Os prefixos do Sistema Internacional de Unidades são usados com frequência para formar subdivisões do segundo, como milissegundos, que são milésimos de segundo, microssegundos, que são milionésimos, nanossegundos, que são bilionésimos, e unidades ainda menores. Os múltiplos de segundos costumam ser contados em horas e minutos. Embora os prefixos do SI também permitam formar múltiplos como o quilossegundo, equivalente a mil segundos, essas unidades são pouco usadas. Um exemplo próximo do cotidiano é o microprocessador de 1 gigahertz, cujo ciclo dura 1 nanossegundo. A velocidade do obturador de uma câmera costuma ser expressa em frações de segundo, como 1/30 ou 1/1.000 de segundo.
As divisões sexagesimais do dia em calendários baseados na observação astronômica existem desde o terceiro milênio a.C., embora não correspondessem ao segundo tal como ele é usado na atualidade. Não era possível medir intervalos tão pequenos, e essas divisões eram obtidas por cálculos matemáticos. Os primeiros instrumentos capazes de contar segundos com precisão foram os relógios de pêndulo, inventados no século XVII. A partir da década de 1950, os relógios atômicos passaram a medir o tempo com mais precisão do que a rotação da Terra e se tornaram o padrão de medição.
Relógios e tempo solar Um relógio mecânico não depende da medição da posição da Terra em sua rotação e, dentro dos limites de sua precisão, mede um tempo uniforme, chamado tempo médio. Cada segundo, minuto ou outra divisão do tempo que ele conta tem a mesma duração que as demais divisões iguais. Já um relógio de sol mede o tempo pela posição relativa do Sol no céu, chamado tempo aparente, que não é uniforme. A medição de um relógio de sol varia conforme a época do ano, de modo que seus segundos, minutos e outras divisões do tempo têm durações diferentes ao longo do ano. O horário obtido pelo tempo médio pode diferir do obtido pelo tempo aparente em até 15 minutos, mas a diferença de um dia para o seguinte é pequena. Os 15 minutos resultam de um acúmulo ao longo de parte do ano. Esse efeito se deve sobretudo à inclinação do eixo da Terra em relação à sua órbita ao redor do Sol.
Os astrônomos conheciam a diferença entre o tempo solar aparente e o tempo médio desde a Antiguidade. Até a invenção de relógios mecânicos precisos, em meados do século XVII, os relógios de sol eram os únicos instrumentos confiáveis de medição do tempo, e o tempo solar aparente era o único padrão geralmente aceito.
Acontecimentos e unidades de tempo em segundos As frações de segundo costumam ser expressas em notação decimal, como 2,01 segundos, ou dois segundos e um centésimo de segundo. Os múltiplos de segundos costumam ser expressos em minutos e segundos, ou em horas, minutos e segundos, separados por dois-pontos, como 11:23:24 ou 45:23. A segunda forma pode ser ambígua, pois também é usada para indicar horas e minutos. Raramente é conveniente expressar intervalos maiores, como horas ou dias, em segundos, pois os números se tornam grandes e pouco práticos. Os prefixos decimais permitem expressar valores de 10−30 a 1030 segundos.
Um minuto tem 60 segundos, uma hora tem 3.600, um dia tem 86.400 e uma semana tem 604.800. Um ano que não seja bissexto tem 31.536.000 segundos, e um século do calendário gregoriano tem, em média, 3.155.695.200 segundos. Esses valores não incluem eventuais segundos bissextos. Na astronomia, um ano juliano corresponde exatamente a 31.557.600 segundos.
Em um segundo, uma pedra que parte do repouso cai cerca de 4,9 metros. Um pêndulo com aproximadamente um metro de comprimento leva um segundo para ir de um extremo ao outro, razão pela qual os pêndulos dos relógios têm cerca de um metro. Os velocistas humanos mais rápidos percorrem 10 metros em um segundo. Nesse mesmo intervalo, uma onda oceânica em águas profundas percorre cerca de 23 metros, e o som percorre cerca de 343 metros no ar. A luz leva 1,3 segundo para chegar à Terra a partir da superfície da Lua, a uma distância de 384.400 quilômetros.
Outras unidades que usam o segundo O segundo entra diretamente na composição de outras unidades, como o hertz, usado para medir a frequência e equivalente ao segundo recíproco, s−1, o metro por segundo, para a velocidade, e o metro por segundo ao quadrado, para a aceleração. O becquerel, unidade do sistema métrico usada para medir o decaimento radioativo, também equivale ao segundo recíproco. Potências mais altas do segundo entram nas unidades de derivadas da aceleração, como a arrancada. Muitas unidades derivadas usadas no cotidiano empregam unidades de tempo maiores que o segundo, mas suas definições também dependem do segundo do SI. É o caso do tempo expresso em horas e minutos, da velocidade de um carro em quilômetros por hora, do consumo de eletricidade em quilowatts-hora e da velocidade de um toca-discos em rotações por minuto.
A maioria das outras unidades básicas do SI também é definida em relação ao segundo. O metro é definido fixando-se a velocidade da luz no vácuo em exatamente 299.792.458 m/s. As definições do quilograma, do ampere, do kelvin e da candela também dependem do segundo. A única unidade básica cuja definição não depende dele é o mol. Entre as 22 unidades derivadas com nomes próprios, apenas o radiano e o esferorradiano não dependem do segundo.
Padrões de medição do tempo
Um conjunto de relógios atômicos distribuídos pelo mundo mede o tempo por consenso. Os relógios "votam" no horário correto e são ajustados para concordar com esse consenso, chamado Tempo Atômico Internacional, ou TAI. O TAI conta segundos atômicos.
A hora civil é definida de modo a acompanhar a rotação da Terra. O padrão internacional de medição do tempo é o Tempo Universal Coordenado, ou UTC. Essa escala conta os mesmos segundos atômicos do TAI, mas acrescenta ou retira segundos bissextos quando necessário para compensar as variações na velocidade de rotação da Terra.
O UT1 é uma escala cujos segundos não são exatamente iguais aos segundos atômicos. Trata-se de uma forma de tempo universal, definida pela rotação da Terra em relação ao Sol e sem segundos bissextos. A diferença entre UT1 e UTC é sempre inferior a um segundo.
Relógio de rede óptica
Os relógios de rede óptica operam em frequências do espectro da luz visível e são os instrumentos mais precisos de medição do tempo, embora ainda não integrem nenhum padrão de tempo. Na década de 2010, um relógio de estrôncio com frequência de 430 THz, na faixa vermelha da luz visível, detinha o recorde de precisão. Ele adianta ou atrasa menos de um segundo em 15 bilhões de anos, intervalo maior que a idade estimada do Universo. Esse relógio consegue medir uma mudança de apenas 2 cm em sua altitude pela alteração no ritmo de sua contagem causada pela dilatação gravitacional do tempo.
Definições ao longo do tempo
O segundo teve três definições: uma fração do dia, uma fração de um ano extrapolado e uma duração baseada na frequência de micro-ondas de um relógio atômico de césio. Cada uma delas concretizou uma divisão sexagesimal do dia.
Divisões sexagesimais do calendário e do dia As civilizações da Antiguidade clássica e de períodos anteriores usavam o sistema sexagesimal para dividir o calendário e os arcos. Nesse uso astronômico, o segundo era uma subdivisão sexagesimal do dia, equivalente a dia/60², enquanto o segundo moderno é uma subdivisão da hora, equivalente a hora/60². Os relógios de sol e de água estavam entre os primeiros instrumentos de medição do tempo, e as unidades de tempo eram medidas em graus de arco. Também eram usadas unidades conceituais de tempo menores do que aquelas que os relógios de sol podiam medir.
Os filósofos naturais da Idade Média mencionavam o "segundo" como parte de um mês lunar. Essas subdivisões eram matemáticas e não podiam ser medidas mecanicamente.
Fração do dia solar
Os primeiros relógios mecânicos, que surgiram a partir do século XIV, tinham mostradores que dividiam a hora em metades, terços, quartos e, por vezes, em 12 partes, mas nunca em 60. A hora não costumava ser dividida em 60 minutos, pois sua duração não era uniforme. Só se tornou prático contar minutos quando surgiram os primeiros relógios mecânicos que os exibiam, perto do fim do século XVI. Os relógios mecânicos mediam o tempo médio, enquanto os relógios de sol mostravam o tempo aparente. As divisões sexagesimais do tempo já estavam bem estabelecidas na Europa.O número 60 é o menor múltiplo comum dos seis primeiros inteiros positivos. Um relógio com 60 divisões tem marcas para terços, quartos, quintos, sextos e duodécimos, estes últimos correspondentes às horas. Dessa forma, as unidades em que o relógio provavelmente mediria o tempo teriam suas próprias marcas.
Os primeiros relógios que mostravam segundos surgiram na segunda metade do século XVI. O desenvolvimento dos relógios mecânicos tornou possível medir o segundo com precisão. O mais antigo relógio movido a mola com ponteiro dos segundos é uma peça sem assinatura da coleção Fremersdorf, datada de 1560 a 1570 e com uma representação de Orfeu. Fotografia colorida de página inteira, a terceira após a quarta página de legendas. As páginas e as fotografias não são numeradas. No terceiro quarto do século XVI, Taqi al-Din construiu um relógio com marcas a cada 1/5 de minuto.
Em 1579, Jost Bürgi construiu para Guilherme de Hesse um relógio que marcava segundos. Em 1581, Tycho Brahe modificou os relógios de seu observatório, que até então só mostravam minutos, para que também mostrassem segundos, embora sem precisão. Em 1587, Tycho reclamou que seus quatro relógios divergiam em até quatro segundos para mais ou para menos.
Em 1656, o cientista neerlandês Christiaan Huygens inventou o primeiro relógio de pêndulo. Seu pêndulo tinha pouco menos de um metro, levava um segundo para ir de um extremo ao outro e acionava um escape que dava um tique a cada segundo. Foi o primeiro relógio capaz de medir o tempo em segundos com precisão. Na década de 1730, cerca de 80 anos depois, os cronômetros marítimos de John Harrison já mediam o tempo com erro de até um segundo em 100 dias.