Warum scheint die Zeit langsam zu vergehen, wenn wir Hausaufgaben machen, aber schnell, wenn wir spielen?

Warum scheint die Zeit langsam zu vergehen, wenn wir Hausaufgaben machen, aber schnell, wenn wir spielen?

Autor: Zhu Lei

Alle Kinder haben die persönliche Erfahrung gemacht, dass sie beim Erledigen der Hausaufgaben immer das Gefühl haben, die Zeit vergeht wie im Flug. Sie denken, sie hätten eine Stunde gearbeitet, in Wirklichkeit sind jedoch nur 10 Minuten vergangen. Aber wenn ich mit Freunden spiele, ist es genau umgekehrt. Die Zeit vergeht sehr schnell. Es fühlt sich an, als hätte ich nur 10 Minuten gespielt, aber die Telefonuhr zeigt, dass 1 Stunde vergangen ist.

Warum ist das so? Aus psychologischer Sicht liegt das daran, dass die Hausaufgaben für Kinder eine große Herausforderung darstellen und ihnen geistig abverlangen, sodass sie das Gefühl haben, die Zeit vergeht nur sehr langsam. Andererseits ist Spielen entspannend und gibt einem ein angenehmes Gefühl und die Zeit vergeht wie im Flug, während man spielt.

Der große Physiker Albert Einstein schlug eine andere Theorie über die relative Geschwindigkeit der Zeit vor: die Relativitätstheorie. Natürlich handelt es sich bei der Relativitätstheorie um eine sehr fortgeschrittene physikalische Theorie, die weit über den Rahmen unserer physikalischen Erkenntnisse hinausgeht. Die Relativitätstheorie besagt, dass Zeit und Raum relativ sind und die Geschwindigkeit, mit der die Zeit vergeht, nicht konstant ist, sondern von der Geschwindigkeit des Beobachters abhängt. In unserer Physikerziehung ging es nur um die klassische Physik, die davon ausging, dass die Geschwindigkeit der vergehenden Zeit nichts mit der Geschwindigkeit des Beobachters zu tun hat. 1 Minute war 1 Minute und 1 Stunde war 1 Stunde. Ob der Beobachter stillsteht oder sich mit annähernd Lichtgeschwindigkeit bewegt, hat auf den Zeitablauf keinen Einfluss.

Wie wird die Zeit ermittelt?

Vor langer Zeit besaßen die Menschen weder Uhren noch Mobiltelefone und konnten die Zeit nur anhand einiger Dinge in der Natur bestimmen. Wenn beispielsweise morgens der Hahn kräht, ist es Zeit aufzustehen. Die Sonne geht auf, es ist Zeit zu arbeiten. Da diese Methoden zur Zeitbestimmung jedoch offensichtlich ungenau waren, baute man Sonnenuhren, indem man sich die unterschiedlichen Schattenlängen zunutze machte, die aufgrund der unterschiedlichen Höhen der Sonne im Tagesverlauf auf Objekte geworfen wurden. Genauer lässt sich die Zeit anhand der Länge und Position des Schattens bestimmen, den der Zeiger auf der Sonnenuhr hinterlässt.

Allerdings ist nicht jeder Tag sonnig. Bei Bewölkung, Regen oder Schnee kann die Sonnenuhr nicht verwendet werden. Was sollen wir dann tun?

Man kam auf die Idee, mit Räucherstäbchen die Zeit zu bestimmen. Die Brenngeschwindigkeit von Räucherstäbchen lässt sich steuern. Wenn die Räucherstäbchen abgebrannt sind, bedeutet das, dass eine bestimmte Zeit vergangen ist. Wie lange dauert es, bis ein Räucherstäbchen abgebrannt ist? Manche sagen, es sei eine halbe Stunde, andere sagen, es sei eine Stunde.

Darüber hinaus ermittelte man die Zeit auch anhand der Wassermenge, die aus einem Kupferkessel tropfte. Dieses Gerät wurde Kupferkessel-Klepsydra genannt.

Auch die Sanduhr ist ein weit verbreitetes Zeitmessgerät und wird auch heute noch verwendet.

Diese Methoden sind jedoch nicht präzise genug. Wenn Sie die Zeit genauer messen möchten, wie beispielsweise bei Galileos Forschungen zum freien Fall, die wir bereits erwähnt haben, müssen Sie die Zeit genauer messen. Was sollen wir dann tun?

Galileo entdeckte damals ein interessantes Phänomen. Er befestigte ein Ende eines dünnen Seils, band an das andere Ende einen kleinen Ball und hängte ihn auf. Die kleine Kugel blieb am tiefsten Punkt stehen und befand sich im Gleichgewichtszustand. Dann zog er den Ball ein kurzes Stück vom tiefsten Punkt weg, wobei er die Saite straff und ohne Durchhang hielt. Dann ließ er den Ball laufen. Er stellte fest, dass die Zeit, die der Ball für die Hin- und Herbewegung benötigte, gleich war und dass diese Zeit nichts mit dem Gewicht des Balls oder der Entfernung vom tiefsten Punkt zu tun hatte, sondern nur mit der Länge der dünnen Linie.

Dieses Gerät wird als einfaches Pendel bezeichnet und dieses Phänomen als Isochronismus des Pendels.

Das Isochronismusprinzip eines einfachen Pendels bedeutet, dass die Zeit, die für eine Hin- und Herschwingung benötigt wird, unabhängig davon, ob die Schwingungsamplitude (wenn der Schwingungswinkel weniger als 5° beträgt) größer oder kleiner ist, gleich ist.

Tatsächlich wird die Zeit der Hin- und Herbewegung eines einfachen Pendels als Periode bezeichnet. Die Formel für diese Periode lautet T=2π(l/g)^(1/2), wobei sich l auf die Länge des Pendels bezieht und g die lokale Gravitationsbeschleunigung ist. Diese Formel wurde vom niederländischen Physiker Huygens abgeleitet.

Durch Ausnutzung des Isochronismus eines einfachen Pendels können wir genauere Zeitmessgeräte herstellen, beispielsweise mechanische Pendeluhren.

Nach der Huygensschen Formel für die Periodendauer eines einfachen Pendels lässt sich berechnen, dass die Periodendauer eines einfachen Pendels mit einer Länge von 1 Meter etwa 2 Sekunden beträgt.

Die Zeitmessung mit einem einfachen Pendel ist für den Alltag ausreichend genau. Da die Länge des Pendels jedoch von Faktoren wie Temperatur, Kraft und Luftwiderstand beeinflusst wird, besteht ein gewisser Fehler. Daher ist es für Zeitmessungen, die eine hohe Präzision erfordern, nicht geeignet.

Daher definierte die Internationale Konferenz für Maß und Gewicht im Jahr 1967 die Sekunde als die Dauer von 9.192.631.770 Strahlungsperioden, die dem Übergang zwischen zwei Hyperfeinstruktur-Energieniveaus im atomaren Grundzustand von Cäsium-133 entsprechen. Die Schwingung von Cäsium-133-Atomen ist sehr stabil, mit einem Fehler von nur etwa 1 Sekunde pro Million Jahre, was sehr genau ist.

Wichtige Punkte
1. Die Entwicklung von Zeitmessinstrumenten. Sonnenuhren, Räucherstäbchen, Kupferkessel-Klepsydras und Sanduhren können alle zur Zeitbestimmung verwendet werden, ihre Genauigkeit ist jedoch nicht sehr hoch.

2. Isochronismus eines einfachen Pendels. Galileo entdeckte, dass die Zeit, die ein einfaches Pendel für seine Hin- und Herbewegung benötigt, konstant ist. Huygens leitete eine Formel zur Berechnung der Periode eines einfachen Pendels ab.

Dieser Artikel ist ein Auszug aus „Physik-Aufklärungsstunde für Kinder“ (verfasst von Zhu Lei, China Women's Publishing House, 2022).