A sinistra oscilla un pendolo d’ottone: un’oscillazione completa dura 2 s, un singolo passaggio esattamente un secondo. Attraverso di esso traspare la lettera s. A destra un atomo di cesio sale nel tubo di una fontana atomica e ricade. Ogni volta che attraversa la cavità di rame, si illumina nelle microonde. Il display indica 9 192 631 770: tante oscillazioni stanno in un secondo. Lampeggia una spia di registrazione.
Scheda dell'unità
unità di base del SIrev. 2026-10Secondo s
Unità di base del SI · grandezza: tempo
Il secondo è stato tolto alla Terra e dato all’atomo
A lungo il secondo fu una frazione del giorno: 1/86 400 di un giro della Terra. Poi si scoprì che la Terra è un cattivo orologio. Rallenta a causa delle maree, e terremoti e correnti nel nucleo cambiano la durata del giorno di millisecondi. Gli orologi più regolari della Terra cominciarono a notarne l’andamento irregolare.
Dal 1967 il secondo è fissato dall’atomo di cesio 133. Il suo elettrone esterno può passare tra due livelli, e a questa transizione corrisponde una radiazione di frequenza esattamente 9 192 631 770 Hz. Il secondo è il tempo in cui trascorrono tante oscillazioni. Tutti gli atomi di cesio sono uguali, quindi il secondo è lo stesso in ogni laboratorio del mondo.
Le migliori fontane al cesio sbagliano di meno di un secondo in 300 milioni di anni. Anche altre unità dipendono dal secondo: il metro è fissato tramite la velocità della luce e il secondo, il chilogrammo tramite la costante di Planck, il metro e il secondo.
Il simbolo del secondo è una s minuscola, senza punto: «30 s». In russo si scrive «с». La S maiuscola è il siemens, unità di conduttanza. La grandezza tempo si scrive con la t minuscola, il periodo di oscillazione con la T maiuscola.
Il secondo di tempo e il secondo d’arco ″ — 1/3600 di grado. Il giorno dell’orologio e un giro della Terra: la Terra ruota in modo irregolare, e il suo giorno supera 86 400 s di uno o due millisecondi. Per questo al tempo atomico si aggiunge talvolta un secondo intercalare.
01 · Definizione
oscillazioni · conteggio · deriva degli orologiTutti gli orologi sono fatti allo stesso modo. Dentro c’è qualcosa che ripete un movimento a intervalli uguali: un pendolo, una lamina di quarzo, un elettrone in un atomo. E c’è un contatore che conta le ripetizioni. Il secondo è solo un accordo su quante ripetizioni di quale movimento contare.
Più alta è la frequenza delle oscillazioni e meno dipende dalle condizioni esterne, più l’orologio è preciso. Un pendolo batte una volta al secondo, e il suo periodo cambia con la temperatura perché l’asta si allunga. Il quarzo oscilla 32 768 volte al secondo e sente anch’esso il calore. L’atomo di cesio oscilla quasi dieci miliardi di volte al secondo, e quasi nulla ne influenza la frequenza.
La precisione di un orologio è data dalla sua deriva: di quanto si discosterà dal campione in un giorno. La frazione di cui la frequenza differisce da quella giusta, moltiplicata per 86 400 s, è la deriva giornaliera.
Di quanto si separeranno gli orologi
Su uno scaffale ci sono un orologio a pendolo, uno al quarzo e uno atomico. Tutti e tre sono stati regolati sul campione e poi lasciati in una stanza a una temperatura data. Nel pendolo l’asta d’acciaio si allunga col calore, e ritarda. Il quarzo è esatto a 25 °C e ritarda a qualsiasi altra temperatura. All’orologio atomico la temperatura importa poco. Con il cursore «giorni trascorsi» si avanza nel tempo; il pulsante «Anno» imposta subito 365 giorni, e sopra ogni orologio appare la sua deriva. In blu il campione, in ottone il pendolo, in verde l’orologio atomico, in rosso il ritardo. Sotto ci sono tre viste. «Deriva» è l’errore accumulato di ogni strumento giorno per giorno in scala logaritmica. «Oscillazioni» mostra il movimento di ogni oscillatore, rallentato fino a renderlo visibile. «Precisione» dà l’errore relativo di vari orologi, da quello solare a quello ottico.
Un numero facile da dimezzare
32 768 è due alla quindicesima. Un circuito di quindici divisori di frequenza per due trasforma le oscillazioni del quarzo in esattamente un impulso al secondo. Un diapason di quarzo per questa frequenza misura pochi millimetri e sta in un orologio da polso. Una frequenza più alta non si usa: un tale diapason consumerebbe più energia.
02 · Conversione
unità · frequenza · scale di tempoDai secondi ai giorni, agli anni e agli hertz
Inserite un tempo in qualsiasi unità. La prima scheda lo converte in secondi, minuti, ore, giorni e anni. La seconda in frequenza e numero di oscillazioni del cesio. La terza mostra in cosa differiscono le scale di tempo TAI, UTC e GPS.
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I lampi laser più brevi durano alcune decine di attosecondi; l’età dell’Universo è di circa 4·10¹⁷ s. Tra i due ci sono 35 ordini di grandezza. Lo stesso secondo serve da misura per la luce e per le stelle.
04 · Strumenti di misura
pendolo · quarzo · fontana · reticolo otticoPiù alta la frequenza, più preciso l’orologio
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05 · Regole di scrittura
s senza punto · ora del giorno a parteLa durata in secondi, l’istante sull’orologio
Una durata si scrive con numero e simbolo separati da uno spazio: 45 s, 2,5 ms. Un istante si scrive secondo la ISO 8601: 2026-10-02T14:30:05Z. Il minuto e l’ora si possono usare con il SI, ma non vi si aggiungono prefissi.
«sec», «msec» e «hrs» non sono simboli del SI. L’ora del giorno si scrive meglio con i due punti, una durata con le unità. Una data con le barre si legge diversamente nei vari paesi, perciò si scrive anno-mese-giorno. La S maiuscola è il siemens, non il secondo; le migliaia si separano con uno spazio.
06 · Unità vicine
tempo e frequenza1 Hz = 1/s — oscillazioni al secondo.
mIl percorso della luce in 1/299 792 458 s.
d86 400 s — e l’andamento irregolare della Terra.
07 · Sezione storica
archivio · dal pendolo di Huygens alla fontana atomicaCome il secondo si trasferì dal cielo all’atomo
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Il secondo intercalare e la sua abolizione
Il tempo atomico TAI scorre regolare, mentre la Terra ruota in modo irregolare e, in media, più lentamente. Perché l’ora civile non si allontanasse dal mezzogiorno solare, dal 1972 si è aggiunto all’UTC un secondo intercalare: 27 volte, l’ultima il 31 dicembre 2016. In quei giorni un minuto durò 61 secondi.
Per computer, borse e navigazione un secondo in più è fonte di guasti. Nel 2022 la Conferenza generale dei pesi e delle misure ha deciso di smettere di aggiungere secondi intercalari entro il 2035 e di lasciare che l’UTC si discosti di più dalla rotazione terrestre.
A destra, un quadrante nel momento di un secondo intercalare: dopo le 23:59:59 l’orologio mostra 23:59:60, e solo dopo arriva la mezzanotte.
Catalogo delle grandezze
Tempo e frequenza · 12 schede
Indice · tutte le grandezze in una paginaIl laboratorio all'ingresso dell'indiceUna goccia d'acido cambia il colore del succo, il sale colora la fiamma, l'acqua gela con un colpo. Sotto, tutte le schede di Simetrium, per disciplina e in ordine alfabetico.Apri l'indice →
