Definición de Tiempo (en Física)
Ingeniera Industrial, MSc en Física, y EdD
El tiempo (usualmente abreviado como “t”) es una cantidad física escalar que expresa la duración o simultaneidad de un evento, por lo tanto, se relaciona con la evolución, periodo, edad o instante en que acontece un determinado fenómeno o situación.
A pesar de ser una dimensión escalar, el transcurso del tiempo siempre avanza de manera progresiva hacia adelante, por ello no se concibe en física tiempos negativos que representen un estado presente. Se trata de una cantidad fundamental en los sistemas de unidades, y muchas cantidades derivadas, como la velocidad, la aceleración y la potencia; por mencionar algunas, se definen en función del cambio de una dimensión respecto al tiempo. Por esta razón, el tiempo es una de las variables independientes más utilizada en las ciencias para estudiar la evolución de otras variables, y se dice que es independiente porque no se tiene el control sobre él.
Gracias a la percepción del tiempo, las personas podemos establecer un orden cronológico de los sucesos. Y esta propiedad, ha permitido definir lecturas de la historia.
Unidades de tiempo
El tiempo es una magnitud física, lo que implica que se puede medir y operar, y además posee unidades, las cuales varían según el sistema en que se expresen. Para medir dicha cantidad se utiliza como instrumento el cronómetro (permite medir intervalos de tiempo) o el reloj, que indica el tiempo presente o puntual según la zona horaria y formato.
Los relojes son calibrados para indicar el tiempo que le corresponde a cada región dependiendo de su huso horario, por ello, encontramos países que simultáneamente tienen diferente hora.
En las ciencias y en la industria, el sistema oficial de unidades para publicar las investigaciones es el “Sistema Internacional de Unidades (SI)”, el cual se basa en una serie de patrones para cantidades fundamentales, que son aceptados a nivel mundial ya que cumplen con las propiedades de ser: invariables, accesibles, reproducibles e indestructibles.
En la imagen se observa un entrenador que mide con un cronómetro el tiempo que les toma a los corredores recorrer una determinada distancia.
En el SI, el tiempo se expresa en segundos (s), que a su vez puede estar acompañado de prefijos métricos cuando se desea indicar cantidades de tiempo muy pequeñas, o muy grandes. Por otra parte, también existen otras unidades para medir el tiempo, las cuales se muestran en la siguiente tabla, conjuntamente con su equivalencia respecto a 1 segundo.
Tabla 1. Diferentes unidades de tiempo y su equivalencia con 1 segundo.
| Unidad | Factor de equivalencia con 1s | Prefijos métricos más comunes | Equivalencia en segundos |
|---|---|---|---|
| Minuto (min) | 60s | Nano (n) | 1 ns = 10-9s |
| Hora (h) | 3,600s | Micro (μ) | 1 μs = 10-6s |
| Día (d) | 86,400s | Mili (m) | 1 ms = 10-3s |
| Mes (mes) | 2,592,000s* | Kilo (k) | 1 ks = 103s |
| Año (a) | 31,536,000s* | Mega (M) | 1 Ms = 106s |
* El equivalente en segundos para las unidades de meses y años se basan en el supuesto de que un mes tiene 30 días y un año 365 días.
El patrón de tiempo en el Sistema Internacional de Unidades
Los patrones de unidades se refieren a estándares que sirven para expresar cuántas veces está contenido ese patrón en una determinada medición o resultado relacionado con una dimensión específica. Se dice que son estándares porque permiten unificar las mediciones que utilizan como referencia esa medida, por ejemplo, si en artículo científico un investigador en México reporta 10.5 s, represente exactamente lo mismo que para quien lee esa publicación en España, en Japón o en Australia. Por ello, a fin de mejorar la precisión de los patrones que emplea el SI, estos han ido evolucionando hasta el patrón que se emplea en la actualidad.
Antes de 1967, 1 segundo se definió como la fracción \(\left( {\frac{1}{{60}}} \right)\left( {\frac{1}{{60}}} \right)\left( {\frac{1}{{24}}} \right)\) de un día solar medio, el cual a su vez se define como el periodo de tiempo entre apariciones sucesivas del Sol respecto a su ubicación más alta en el cielo durante cada día .
A partir de 1967 hasta la actualidad, la definición se ajustó utilizando como patrón al reloj atómico, el cual se basa en la vibración que produce un átomo de cesio. Desde entonces, 1 segundo representa 9,192,631,770 veces el periodo de vibración de la radiación que emite un átomo de cesio 133.
El tiempo de acuerdo a la teoría de la Relatividad
En la física mecánica, el tiempo transcurre de manera simultánea para dos observadores, y no se ve afectado por el movimiento de dichos cuerpos, sin embargo, de acuerdo con la teoría de la relatividad, el tiempo experimenta una dilatación, que no es más que una diferencia en las mediciones de esta variable efectuada por dos observadores, que puede manifestarse por una diferencia de la velocidad relativa entre ellos, o por la ubicación de los cuerpos respecto a un campo gravitacional.
Uno de los aportes más representativos demostrados a partir de la teoría relativista de Einstein, es el fenómeno de la dilatación del tiempo y el quiebre de la simultaneidad, originado por el movimiento de partículas con velocidades próximas a la de la luz.
Trabajo publicado en: Nov., 2022.
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