Zeit

Zeit – Physik

Meist hat man zu wenig Zeit, um sich mit Freunden zu treffen oder Computer zu spielen. Dafür braucht man für die Hausaufgaben viel zu viel Zeit. Manchmal kommt einem Zeit sehr lang vor, manchmal aber auch sehr kurz. Zeit spielt auf jeden Fall eine große Rolle in unserem Alltag. Aber was ist Zeit eigentlich aus Sicht der Physik? Dieser Frage wollen wir im Folgenden nachgehen.

Zeit – Grundlagen

Die Zeit ist eine physikalische Größe und hat vor allem zwei Eigenschaften: Sie legt die Dauer und die Reihenfolge von physikalischen Prozessen fest. Wir können diese Eigenschaften am besten anhand von Beispielen verstehen.

Betrachten wir beispielsweise folgende Situation: Wir wollen zum Supermarkt, um etwas einzukaufen. In unserer Nähe gibt es Supermarkt A und Supermarkt B. Supermarkt A ist $200\,\pu{m}$ von unserer Wohnung entfernt, Supermarkt B hingegen $800\,\pu{m}$. Wenn wir zu Fuß gehen, brauchen wir zum Supermarkt B hin und wieder zurück länger als für den Hin- und Rückweg zu Supermarkt A. Es vergeht also mehr Zeit.

Wenn zwei Sportler ein Wettrennen gegeneinander ausführen, rennen sie zwar dieselbe Strecke, brauchen aber unterschiedlich viel Zeit. Auf diese Weise legt die Zeit auch eine Reihenfolge fest – die Reihenfolge, in der die Sportler die Ziellinie überqueren. Der schnellere Sportler wird die Ziellinie vor dem langsameren überqueren.

Auch wenn wir einen Kalender oder einen Stundenplan führen, nutzen wir die Zeit, um eine Reihenfolge festzulegen. Ein Tagesablauf könnte zum Beispiel so aussehen:

1. 07:00 Uhr: aufstehen
2. 08:00 Uhr: Schule
3. 14:00 Uhr: Mittagessen
4. 20:00 Uhr: schlafen

Wie wird Zeit gemessen?

Um eine Zeit zu messen, brauchen wir immer eine Vergleichszeit beziehungsweise die Dauer eines Prozesses. Genau genommen werden also eigentlich Zeitspannen gemessen. Eine der ersten Arten, die Zeit zu messen, war die Drehung der Erde – die Dauer einer vollständigen Umdrehung heißt Tag. Der Tag ist damit auch eine Einheit der Zeitrechnung. Ein Jahr ist zum Beispiel $365$ Tage lang.
Die ersten Uhren, die von Menschen verwendet wurden, waren Sonnenuhren. Auch Sonnenuhren beziehen sich auf die Drehung der Erde. Sie legen allerdings nicht nur einen Tag fest, sondern unterteilen ihn in Abschnitte. Dazu wird ausgenutzt, dass der Schatten eines Objekts mit der Drehung der Erde wandert – denn mit der Drehung der Erde ändert sich der Stand der Sonne am Himmel.

So kann man eine Skala einzeichnen, die vom Schatten überstrichen wird, und sie einteilen. Zum Beispiel in Morgen, Mittag und Abend. Sobald die Sonne untergegangen ist, zeigt die Sonnenuhr natürlich nichts mehr an.

Zu den ersten mechanischen Uhren zählten die Pendeluhren. In Pendeluhren wird das spannende physikalische Phänomen ausgenutzt, dass die Schwingungsdauer eines Pendels nur von seiner Länge und der Erdanziehung abhängt. Letztere verändert sich nicht. Das heißt, das gleiche Pendel braucht immer dieselbe Zeit, um einmal hin und zurück zu schwingen. Wir können also die Zeit messen, indem wir Pendelschläge zählen. Dann brauchen wir zum Beispiel $10$ Pendelschläge, um Schuhe mit Klettverschluss anzuziehen, aber $30$ Pendelschläge, um Schuhe mit Schnürsenkeln anzuziehen.

Bei richtigen Pendeluhren geben die Pendelschläge den Takt an, sodass die Zeit auf einem Ziffernblatt mithilfe von Zeigern angezeigt wird. Meist ist das Pendel so gewählt, dass es eine ganz bestimmte Schwingungsdauer hat: zwei Sekunden. Jede halbe Schwingung führt dann dazu, dass der Sekundenzeiger einen Schritt weiterläuft. Er zeigt also, wie der Name schon vermuten lässt, Sekunden an. Die Sekunde ist die SI-Einheit der Zeit. Zusammen mit dem Formelzeichen der Zeit, dem $t$, können wir das wie folgt schreiben:

$[t] = \pu{s}$

Die Länge einer Sekunde ist heutzutage über einen kernphysikalischen Prozess im Cäsiumatom definiert. Deswegen nennt man die Sekunde auch Atomsekunde. Daraus abgeleitet gibt es weitere Einheiten der Zeit, die wir im Alltag auch häufig gebrauchen. Eine Minute $($kurz: $\pu{min})$ entspricht $60$ Sekunden:

$1\,\pu{min} = 60\,\pu{s}$

Und eine Stunde $($kurz: $\pu{h})$ entspricht $60$ Minuten oder $3 600$ Sekunden:

$1\,\pu{h}=60\,\pu{min}=3 600\,\pu{s}$

Auch den Tag $($kurz: $\pu{d})$, den wir zu Beginn eingeführt hatten, können wir mithilfe von Stunden, Minuten und Sekunden ausdrücken:

$1\,\pu{d}=24\,\pu{h}=1 440\,\pu{min}=86 400\,\pu{s}$

Zeit und Zeiteinheiten – Beispiele

Wir wollen uns noch einige Beispiele für Zeitdauern anschauen. Wir haben uns schon zu Beginn überlegt, dass ein Tag über die Drehung der Erde definiert ist. Andersherum können wir auch sagen, dass die Erde genau $24\,\pu{h}$ braucht, um sich einmal um ihre Achse zu drehen. Um die Sonne zu umrunden, braucht die Erde $365\,\pu{d}$. Diesen Zeitraum bezeichnen wir auch als ein Jahr $($kurz: $\pu{a})$. Das Kürzel $\pu{a}$ kommt vom lateinischen Wort annus:

$1\,\pu{a} = 365\,\pu{d}$

Wie viele Sekunden ein Jahr hat, kannst du selbst berechnen.

Ein Kolibri braucht viel weniger Zeit als ein Jahr, um mit den Flügeln zu schlagen. Einen einzelnen Flügelschlag schafft er in ungefähr $0,02\,\pu{s}$. Ein Hubschrauberrotor dreht sich noch schneller. Er schafft eine Umdrehung in etwa $0,002\,\pu{s}$.

Ein Mensch lebt im Durchschnitt etwa $80\,\pu{a}$. Die ersten Menschen lebten vor etwa $300\,000\,\pu{a}$. Das können wir auch als $300$ Jahrtausende $($kurz: $\pu{Jtd.})$ bezeichnen.

Zeit – Zusammenfassung

In diesem Video wird dir die physikalische Größe Zeit auf einfache Weise erklärt. Fassen wir das Wichtigste zum Thema Zeit noch einmal zusammen:

• Zeit beschreibt die Dauer oder Reihenfolge von Prozessen oder Ereignissen.
• Zeit kann über Prozesse wie beispielsweise die Drehung der Erde oder das Schwingen eines Pendels gemessen werden.
• Die SI-Einheit der Zeit ist die Sekunde: $[t] = \pu{s}$.

Zur physikalischen Größe Zeit gibt es übrigens immer noch viele Fragen, die in der Wissenschaft diskutiert werden. Ein Beispiel ist: Wie entsteht Zeit? Obwohl wir die Zeit alltäglich benutzen, ist die genaue Beschreibung der Zeit extrem kompliziert. Auch zum Video Zeit gibt es interaktive Übungen und ein Arbeitsblatt – du kannst dein neu erworbenes Wissen also direkt anwenden!