Pengukuran Waktu

Pengukuran waktu identik dengan menggunakan jam. Ada berbagai jenis jam yang telah berkembang sampai saat ini yakni jam dinding, jam pasir, jam matahari dan jam atom. Selain itu, pengukuran waktu dapat dilakukan dengan kronometer, stopwatch dan penanggalan radiometrik. Tentu kalian ingin mengetahui lebih lanjut karakteristik dari masing-masing alat pengukur tersebut. Penjelasanny akan ada di bawah ini.

1. Jam dinding

Jam dinding merupakan jam yang difungsikan secara letak atau biasanya diletakkan di dinding. Jam dinding dapat pula digunakan sebagai hiasan atau pajangan. Selain itu, ada pula jam tangan yang diletakkan di pergelangan tangan. Dapat sebagai penunjuk waktu dan perhiasan.

Jam dinding memiliki dua tipe yakni jam analog dan jam digital.

Jam dinding analog

Jam dinding digital

                                         

  

Jam dinding atau jam tang dipergunakan untuk menunjukkan jam, menit dan detik. Penggunaannya sangat mudah dan praktis karena menggunakan baterai sehingga dapat digunakan dan disimpan ditempat manapun. Berbeda halnya dengan jam matahari. Mengapa demikian? Mari kita bahas lebih lanjut.

2. Jam Matahari

Jam matahari atau sundial digunakan untuk menunjukkan waktu berdasarkan letak matahari. Rancangan jam matahari yang paling umum dikenal memanfaatkan bayangan yang menimpa permukaan datar yang ditandai dengan jam-jam dalam suatu hari. Seiring dengan perubahan pada posisi matahari, waktu yang ditunjukkan oleh bayangan tersebut pun turut berubah. Pada dasarnya, jam matahari dapat dibuat menggunakan segala jenis permukaan yang ditimpai bayangan yang dapat ditebak posisinya.

Jam matahari terbesar dia Asia juga dunia ternyata ada di Indonesia, tepatnya di Kota Baru Parahyangan, Padalarang, Kabupaten Bandung Barat.

Sundial dilihat dari atas

Jarum penunjuk waktu

Kamu juga mampu membuat sebuah jam matahari di dinding tembok rumahmu untuk keperluanmu sendiri, paling tidak Kamu sudah berhemat terhadap pemakaian baterei. Bukankah Indonesia negara tropis yang setiap hari ada matahari? Dengan alat dan bahan sederhana seperti lembaran papan/triplek, cat, kuas, kawat, dan lain-lain, kamu dapat membuat banyak jam matahari.

Jam matahari hanya dapat digunakan pada siang hari karena itulah pemanfaatan jam ini kurang praktis untuk digunakan. Namun dengan variasi rancangan yang kecil, jam matahari dapat mengukur waktu standar serta waktu musim panas.

3. Jam Pasir

Jam pasir adalah perangkat untuk pengatur waktu. Terdiri dari dua tabung gelas yang terhunbung dengan sebuah tabung sempit .Salah satu tabung biasanya diisi dengan pasir yang mengalir melalui tabung sempit ke tabung dibawahnya dengan laju yang teratur. Ketika pasir telah mengisi penuh tabung bawah, alat ini bisa di balik sehingga dapat digunakan kembali sebagai pengatur waktu. Jam pasir merupakan nama umum yang mengacu pada gelas pasir, dimana jam pasir ini digunakan untuk menghitung waktu selama satu jam.

4. Jam Atom

Jam atom adalah sebuah jenis jam yang menggunakan standar frekuensi resonansi atom sebagai penghitungnya. Jam atom awal adalah maser dengan peralatan lainnya. Standar frekuensi atom terbaik sekarang ini berdasarkan fisika yang lebih maju melibatkan atom dingin dan air mancur atomik.

Maser untuk referensi frekuensi menggunakan ruangan (atau chamber) berbinar berisi gas terionisasi, pada umumnya caesium, karena caesium adalah elemen yang digunakan di dalam definisi resmi detik internasional.

Sejak tahun 1967, Sistem Satuan Internasional (SI) telah mendefinisikan detik sebagai 9.192.631.770 getaran dari radiasi yang berhubungan dengan transisi antara dua tingkat energi dari ground state atom Caesium-133. Definisi ini membuat osilator caesium (yang sering disebut jam atom) sebagai standard utama untuk waktu dan pengukuran frekuensi (lihat standard caesium). Kuantitas lain, seperti volt dan meter, berpegang pada definisi detik sebagai bagian dari definisinya.

Isi dari jam atom adalah sebuah microwave cavity (lubang resonansi) yang berisi gas terionisasi, sebuah oscillator microwave tertala (tunable), dan sebuah feedback loop yang digunakan untuk menyetel oscillator ke frekuensi yang paling tepat dari karakteristik absorpsi (penyerapan) yang ditentukan oleh perilaku masing-masing atom.

Sebuah pemancar microwave mengisi ruangan dengan gelombang radio berdiri (standing wave). Saat frekuensi radio bertepatan dengan frekuensi transisi hyperfine dari caesium, atom caesium tersebut menyerap gelombang radio dan selanjutnya memancarkan cahaya. Gelombang radio membuat elektron menjauh dari nukleus. Saat elektron kembali ke dekat nukleus, karena gaya tarik muatan yang berbeda, elektron tersebut bergetar sebelum berdiam diri di tempat yang baru. Perpindahan ini menyebabkan pancaran cahaya, yang sebenarnya adalah getaran listrik dan magnetisme.

Sebuah fotosel menerima cahaya tersebut. Saat cahaya itu meredup karena frekuensi rangsangan telah bergeser dari frekuensi resonansi, peralatan elektronik di antara fotosel dan pemancar radio menyetel frekuensi pemancar radio itu.

Proses penyetelan inilah letak sebagin besar kompleksitas sistem ini berada. Penyetelan mencoba untuk menghilangkan efek samping, seperti frekuensi dari transisi elektron yang lain, distorsi dalam medan kuantum dan efek suhu dalam mekanisme tersebut. Sebagai contoh, frekuensi radio itu diubah-ubah secara sinusoida untuk membentuk modulasi sinyal di fotosel. Sinyal dari fotosel kemudian bisa didemodulasi untuk digunakan sebagai kontrol terhadap pergeseran jangka panjang di frekuensi radio. Dengan demikian, sifat-sifat ultra-akurat dari kuantum mekanika dari frekuensi transisi atom caesium bisa digunakan untuk menyetel oscillator microwave ke frekuensi yang sama (kecuali untuk kesalahan eksperimentasi yang kecil). Dalam prakteknya, mekanisme feedback dan pemantauan adalah jauh lebih kompleks dari yang dijelaskan di atas. Saat jam baru dihidupkan, jam tersebut memakan waktu yang lama sebelum bisa dipercaya.

Jam Atom Skala chip yang diungkapkan NIST

Sebuah penghitung menghitung jumlah gelombang yang dibuat oleh pemancar radio. Sebuah komputer membaca penghitung, dan menghitungnya untuk mengubah angka tersebut kedalam sesuatu yang kelihatannya mirip dengan jam digital atau gelombang radio yang dipancarkan. Tentu saja, yang sebenarnya menjadi jam adalah mekanisme cavity, osilator, dan feedback loop yang menjaga standar frekuensi yang mana menjadi dasar jam tersebut.

Sejarah Ketepatan Jam Atom NIST

Sejumlah metode lain digunakan untuk jam atom untuk keperluan lainnya. Jam Rubidium sangat disuka karena harganya murah, dan ukurannya yang kecil (standard komersial sekecil 400 cm³), dan kestabilitasan jangka pendeknya. Jam-jam ini banyak digunakan dalam aplikasi-aplikasi komersial, portable, dan angkasa luar. Maser hidrogen (sering buatan Rusia) memiliki stabilitas jangka pendek yang tangguh dibandingkan dengan standard lain, namun memiliki kelemahan dalam akurasi jangka panjang.

Sering, satu standar digunakan untuk memperbaiki standard lainnya. Sebagai contoh, sebuah aplikasi komersial menggunakan standar Rubidium yang dipautkan ke sebuah penerima GPS. Sistem ini memiliki ketangguhan akurasi jangka pendek, dengan akurasi jangka panjang setara ke standard nasional waktu Amerika Serikat.

Umur standar adalah sebuah masalah penting. Standard modern Rubidium bisa bertahan lebih dari sepuluh tahun, dan menghabiskan ongkos sekecil US $50. Tabung referensi Caesium sangat cocok untuk standar nasional, saat ini awet sampai tujuh tahun, dan menghabiskan ongkos seharga US $35.000. Standard Hidrogen bisa awet sepanjang umur.

Tim Jepang telah mengembangkan jam atom menjadi jam optik. Jam atom  ini sangat sensitif sehingga dapat mendeteksi perubahan gravitasi Bumi dan memungkinkan para ilmuwan untuk mengukur waktu hingga 17 digit. Dia juga akan secara dramatis meningkatkan sistem pelacakan GPS dan akan dapat mendeteksi perbedaan ketinggian sekecil 10 cm.
Jam atom digunakan untuk menetapkan Waktu Atom Internasional atau Universal Time Coordinated, yang berbeda tetapi lebih tepat dari Greenwich Mean Time. Selama bertahun-tahun, jam atom pun akan kehilangan keakuratan dan harus disesuaikan untuk menebus kehilangan pecahan deti. Hal ini terjadi karena "Dick effect", ketika suara yang tidak diinginkan dari laser jam menyebabkannya kehilangan jeja. Jam optik ini dapat menghindari hal itu dan jauh lebih stabil sehingga tidak perlu sering disesuaikan.
5. Kronometer

Kronometer adalah alat pencatat waktu yang cukup tepat untuk dapat digunakan sebagai standar waktu portabel, biasanya digunakan untuk menentukan bujur dengan cara navigasi selestial. Dalam dunia jam tangan, istilah ini juga sering digunakan ke jam yang telah dites dan diberikan sertifikat karena telah lulus standar ketepatan. Di Swiss, hanya jam yang diberi sertifikat oleh COSC (Contrôle Officiel Suisse des Chronomètres) yang dapat menggunakan kata Chronometer. Jam ini sangat penting ketika kita melakukan pelayaran.
6. Radiometrik
Penanggalan radiometrik (sering juga disebut penanggalan radioaktif) adalah teknik yang digunakan untuk mengetahui usia pada berbagai benda, yang biasanya didasarkan pada perbandingan antara jumlah banyaknya isotop radioaktif alami yang ada dengan produk-produk hasil peluruhannya, dengan menggunakan tingkat peluruhan yang telah diketahui.