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Zeiteinheiten und Umrechnungen

Rechnen Sie zwischen Sekunden, Minuten und Stunden um und vergleichen Sie die exakten Grundbeziehungen dieser Zeiteinheiten.

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Kurz erklärt: zeiteinheiten und umrechnungen

Zeit ist eine grundlegende physikalische Größe, die die Reihenfolge von Ereignissen und die Zeitspanne zwischen ihnen beschreibt. Im Internationalen Einheitensystem ist die Basiseinheit der Zeit die Sekunde, die im Alltag zusammen mit abgeleiteten Einheiten wie Minute, Stunde und Tag verwendet wird.

Anders als Größen wie Länge oder Masse ist Zeit eines der ältesten Messkonzepte der Menschheitsgeschichte; die auf 60 basierende Struktur von Stunde, Minute und Sekunde reicht Jahrtausende zurück bis zur antiken babylonischen Zivilisation.

Physikalische Größe
Zeit
Dimensionssymbol
[T]
SI-Basiseinheit
Sekunde
SI-Einheitensymbol
s
Aktuelle Sekunden-Definition
9.192.631.770 Schwingungsperioden eines Cäsium-133-Atoms

Was ist Zeit?

Zeit ist eine grundlegende Größe, die die Reihenfolge angibt, in der Ereignisse stattfinden, sowie die Dauer zwischen zwei Ereignissen. In der Physik wird sie mit dem Dimensionssymbol T dargestellt und ist Bestandteil der Definition vieler abgeleiteter Größen wie Geschwindigkeit, Beschleunigung und Frequenz.

In der klassischen Physik galt Zeit als absolute Größe, die für alle Beobachter gleich verläuft; mit Einsteins Relativitätstheorie wurde jedoch verstanden, dass Zeit je nach Geschwindigkeit und Gravitationsfeld des Beobachters unterschiedlich vergehen kann (Zeitdilatation).

Die SI-Einheit der Zeit: die Sekunde

Die Sekunde ist die SI-Basiseinheit der Zeit und wird mit dem Symbol s dargestellt. Historisch war die Sekunde als 1/86.400 eines Tages definiert (24 Stunden × 60 Minuten × 60 Sekunden).

Da kleine Unregelmäßigkeiten in der Erdrotation diese Definition als nicht stabil genug erwiesen, wurde die Sekunde 1967 neu definiert: als genau 9.192.631.770 Perioden der Strahlung, die dem Übergang zwischen den Grundenergiezuständen eines Cäsium-133-Atoms entspricht. Diese Definition ermöglicht es Atomuhren, überall auf der Welt mit derselben Präzision zu arbeiten.

Der auf 60 basierende Ursprung von Stunde, Minute und Sekunde

Dass eine Stunde in 60 Minuten und eine Minute in 60 Sekunden unterteilt ist, geht auf das sexagesimale (60er-)Zahlensystem der antiken babylonischen Zivilisation zurück. Die Babylonier teilten sowohl Winkel (360 Grad) als auch Zeit nach diesem System ein.

Die Zahl 60 wurde bevorzugt, weil sie durch viele Zahlen wie 2, 3, 4, 5, 6, 10, 12, 15, 20 und 30 restlos teilbar ist -- das erleichterte praktische Aufteilungen im Alltag (etwa eine Stunde in drei oder vier Teile), ohne Bruchzahlen zu benötigen.

Die Einteilung des Tages in 24 Stunden

Die Einteilung des Tages in 24 Stunden reicht bis ins alte Ägypten zurück; die Ägypter teilten Tag und Nacht jeweils in 12 gleiche Teile und verfolgten die Zeit mit Sonnenuhren und Sternbeobachtungen.

Diese Zwölferteilung geht vermutlich auf das Zählen der Fingerglieder einer Hand zurück (vier Finger ohne Daumen mit je drei Gliedern, insgesamt 12) oder auf die Anzahl der Mondzyklen im Jahr (etwa 12 Vollmonde).

Zusammenhang zwischen metrischen Zeiteinheiten

Die Unterteilungen der Sekunde -- Millisekunde (0,001 Sekunde), Mikrosekunde und Nanosekunde -- werden zur Messung sehr kurzer Ereignisse verwendet, etwa bei Computerprozessen, Sportzeitmessung und wissenschaftlichen Experimenten.

Die größeren Einheiten Minute (60 Sekunden), Stunde (3600 Sekunden) und Tag (86.400 Sekunden) sind dagegen die grundlegenden Einheiten zur Zeitverfolgung im Alltag. Die Umrechnung zwischen diesen Einheiten erfolgt, anders als bei der Temperatur, ausschließlich durch Multiplikation beziehungsweise Division, da sie alle denselben Nullpunkt (Beginn) teilen.

Was ist eine Schaltsekunde?

Die Rotationsgeschwindigkeit der Erde um ihre eigene Achse zeigt aufgrund von Gezeiteneffekten und Veränderungen im Erdinneren im Laufe der Zeit kleine Unregelmäßigkeiten; dies führt zu einer geringen Abweichung zwischen der von Atomuhren gemessenen 'exakten' Zeit und der auf der tatsächlichen Erdrotation beruhenden Taglänge.

Um diese Abweichung auszugleichen, wird der Koordinierten Weltzeit (UTC) seit 1972 bei Bedarf eine 'Schaltsekunde' hinzugefügt. Dies ist ein ähnlicher Korrekturmechanismus wie der zusätzliche Tag im Schaltjahr (29. Februar), doch da die Unregelmäßigkeit der Erdrotation nicht vorhersehbar ist, werden Schaltsekunden nicht nach einem festen Kalenderzyklus, sondern bei Bedarf eingefügt.

Zeitzonen und UTC

Da die Sonne an verschiedenen Längengraden zu unterschiedlichen Uhrzeiten ihren Höchststand erreicht, ist die Erde in etwa 24 Zeitzonen unterteilt. Alle Zeitzonen nutzen die Koordinierte Weltzeit (UTC) als Referenzpunkt und werden als Stundenabweichung von dieser Referenz angegeben (Deutschland liegt in der Regel bei UTC+1, während der Sommerzeit bei UTC+2).

UTC hat die frühere Greenwich Mean Time (GMT) als modernen Zeitstandard abgelöst und wird mit Atomuhren fortgeführt; GMT wird heute eher als Name der britischen Winterzeit-Zeitzone verwendet.

Wie wird Zeit gemessen?

Im Alltag werden mechanische und digitale Uhren verwendet, in wissenschaftlichen und technischen Anwendungen (GPS-Satelliten, Telekommunikationsnetze) dagegen Atomuhren. Atomuhren arbeiten mit extrem hoher Präzision auf Basis der stabilen Schwingungsfrequenz von Cäsium- oder Rubidium-Atomen.

Damit das GPS-System eine genaue Positionsbestimmung liefern kann, müssen die Atomuhren der Satelliten auf Nanosekundenebene synchronisiert sein; schon eine kleine Abweichung dieser Uhren kann bei der Positionsberechnung auf der Erde zu erheblichen Fehlern führen.

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Quellen

  1. BIPM: The International System of Units (SI Brochure)
  2. NIST: Guide for the Use of the International System of Units

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