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Zeit

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Philip Rupp
Zeit
lernst du in der 5. Klasse - 6. Klasse - 7. Klasse

Grundlagen zum Thema Zeit

Inhalt

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.

Zeitmesser Beispiele

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!

Transkript Zeit

Willkommen beim Lernvideo zum Thema "Die Zeit". Ich heiße Philip und will euch dieses Mal erklären, was es mit dieser fundamentalen Größe auf sich hat. Wir sehen mehrmals täglich auf die Uhr, richten uns nach allen möglichen Zeiten. Um 8 Uhr beginnt die Schule, um 14 Uhr gibt es Mittagessen und um 20 Uhr geht es ins Bett. Doch was genau ist die Zeit? Was kann man mit ihr beschreiben? Und mit welchen Methoden misst man sie am besten? Das werden wir versuchen uns zu verdeutlichen. Danach schauen wir uns die Einheiten der Zeit an. Welche Größen helfen uns, die Zeit zu beschreiben und wie rechnet man sie ineinander um? Zum Schluss schauen wir uns dann noch einige Beispiele von Zeiten um uns herum an. Die Zeit ist allgemein eine physikalische Größe. Sie beschreibt die Dauer von gewissen Vorgängen. Daneben legt sie aber auch deren Ablauf und Reihenfolge fest. Wenn wir also einen physikalischen Prozess durchlaufen, zum Beispiel der Gang zur Schule, dann können wir diesem eine zeitliche Dauer zuordnen. Der Gang zur Schule dauert so länger, als der Gang von eurem Zimmer ins Bad. Generell kann man jedem physikalischen Ablauf eine solche Dauer zuordnen. Es gibt noch eine 2. Eigenschaft der Zeit: Sie legt Reihenfolgen fest. So können wir sagen, dass wir montags erst aufstehen, dann zur Schule gehen, dann zu Hause Mittagessen und schließlich abends wieder ins Bett müssen. Dieser Ablauf wird durch konkrete Zeitpunkte bestimmt. Es ist uns sogar möglich, jedem dieser Punkte eine eindeutige Uhrzeit zuzuordnen. Dadurch können wir bestimmen wann und wie lange ein Prozess stattfindet. Versuchen wir nun herauszufinden, wie man die Dauer eines Ablaufs messen kann. Wie jeder Messprozess liegt auch die Zeitmessung einem Vergleich zugrunde. Hat man einmal eine Vergleichszeit gefunden, so kann man jede beliebige Zeit darüber beschreiben. Hierbei gibt es mehrere Ansätze: Da man die Zeit ja nicht einmalig, sondern fortlaufend messen will, bieten sich periodische Prozesse an - also Abläufe, die sich ständig wiederholen. Die erste, so verwendete Vergleichszeit war die Dauer der  Erdumdrehung. Die Erde dreht sich permanent um sich selbst. Dabei entstehen auf der Erdoberfläche durch die Sonne abwechselnd beleuchtete und schattige Flächen - also Tag und Nacht. Bei jeder vollen Umdrehung fängt dieser Wechsel von vorne an. Man nutzt ihn, um den Fortlauf der Zeit in Tage zu unterteilen. Die ersten verwendeten Uhren waren also quasi die Sonne und die Erde. Heutzutage werden aber auch künstliche Uhren verwendet - also welche, die von Menschen gebaut wurden. Ein sehr gutes Beispiel hierfür ist die Pendeluhr. Angetrieben wird sie durch ein großes, schweres Pendel. Dieses schwingt sehr gleichmäßig hin und her. Die Zeit, die dieses Pendel zum Schwingen braucht, hängt nur von der angehängten Masse und der Länge des Pendels ab. Man kann also die sogenannte Schwingungsdauer des Pendels sehr gut berechnen. Will man nun noch einmal die Dauer des Weges zur Schule bestimmen, so zählt man einfach die Pendelschwingungen. Dies funktioniert so gut, da jede Pendelschwingung eben stets die gleiche Zeit benötigt. So stellt man fest, dass es hier zum Beispiel 5 Schwingungen sind. Wenn man nun noch weiß, wie lange das Pendel zum Schwingen braucht, hat man eine sehr gute Uhr um solche Zeiten zu messen. Um die konkrete Dauer, zum Beispiel von einer Schwingung einer Pendeluhr, zu bestimmen, muss man noch eine definierte Einheit festlegen. Die Standardeinheit der Zeit ist die Sekunde. Definiert wird die Sekunde sehr kompliziert über das Cäsium-Atom. Das wollen wir hier nicht behandeln. Allgemein kann man sagen, dass in der Praxis die Sekunde eine sehr kurze Zeiteinheit ist. Sie ist meist die kleinste Einheit, die eine Uhr anzeigen kann. Im Alltag gebräuchlicher ist die Minute. Sie setzt sich aus 60 Sekunden zusammen. Die Zahl 60 stammt dabei vom Zahlensystem der alten Babylonier. 60 Minuten wiederum ergeben 1 Stunde. Das sind 60×60=3600 Sekunden. Und 24 Stunden entsprechen 1 Tag. Das sind somit 1440 Minuten oder 86400 Sekunden. Ihr könnt das ja gerne einmal versuchen, nachzuzählen. Da der Tag, wie schon erwähnt, auf dem natürlichen Zyklus der Erdumdrehung basiert, ist auch die Sekunde im Grunde eine strikt durch Naturphänomene festgelegte Größe. Anders als zum Beispiel Einheiten wie der Kubikmeter oder das Kilogramm. Mit all diesem Wissen über die Zeit und ihre Einheiten wollen wir nun zu einigen Beispielen kommen: Jeder Prozess um uns herum hat eine Dauer und jeder Ablauf eine festgelegte Reihenfolge. Die Drehung der Erde um sich selbst haben wir schon mit 1 Tag betitelt. Um die Sonne dreht sich die Erde lediglich einmal im Jahr - also in 365 Tagen. Ein Mensch ist erst ein Baby und wird dann zum Kind. Dieses wird erwachsen und letztendlich zum Greis. Auch diese Reihenfolge ist durch die Zeit strikt vorgegeben. Dieser Prozess des Älterwerdens dauert durchschnittlich 80 Jahre. Wenn ein Kolibri mit seinen Flügeln schlägt, dauert das lediglich 0,02 Sekunden. Ein Hubschrauberrotor schafft sogar eine Umdrehung in nur 0,002 Sekunden. Das sind 30000 Umdrehungen in der Minute. Ihr seht also, wie wichtig die Zeit für uns ist. Sie umgibt uns und bestimmt maßgeblich den Ablauf unseres Lebens. Ich wünsche euch noch einen schönen Tag, euer Philip Physik.

6 Kommentare

6 Kommentare
  1. Ist die Zeit jetzt also die Länge einer Strecke so wie in der Übung angegeben???

    Von Lucas K., vor fast 8 Jahren
  2. Hey Leute shôn

    Von Henning 3, vor fast 8 Jahren
  3. schön.

    zu dem Kommentar unten: hängt die Geschwindigkeit der Gravitationsbeschleunigung nicht von der Masse ab? Da spielt doch noch die Kraft mit.

    Von Juliane Viola D., vor etwa 8 Jahren
  4. Gut

    Von Markus Koch, vor etwa 8 Jahren
  5. @M Farbmacher: Du hast vollkommen recht. Danke für den Hinweis!

    Von Nikolai P., vor fast 9 Jahren
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Zeit Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Zeit kannst du es wiederholen und üben.
  • Gib an, was die Zeit ist.

    Tipps

    Wir richten uns bei Terminen nach der Uhrzeit.

    Die Dauer von Prozessen geben wir etwa in Minuten oder Stunden an.

    Lösung

    Die Zeit beschreibt Dauer und Reihenfolge von Prozessen.

    Die Zeit ist uns eigentlich bestens vertraut. Wir stellen uns den Wecker, um zur Schule oder zur Arbeit zu gehen und haben ein gutes Gefühl dafür, was man im Verlauf einer Stunde so schaffen kann.

    Damit sind also zwei Aspekte interessant: die Dauer von Prozessen und die Reihenfolge.

    Die Dauer geben wir dabei in der Regel in Minuten oder Stunden an. Bei sehr kurzen Prozessen auch in Sekunden, bei sehr langen in Tagen oder Wochen, vielleicht sogar in Jahren.

    Um Prozesse zu ordnen, muss deren Reihenfolge bestimmbar sein. Dabei richten wir uns nach der Uhrzeit.

    Wenn Du um $8:00$ in der Schule sein musst, dann musst du deinen Wecker logischerweise vorher, etwa um $7:00$, stellen, damit die Reihenfolge stimmt.

  • Bestimme die richtigen Aussagen über die Zeit.

    Tipps

    Wir können alle Zeiteinheiten untereinander umrechnen.

    Ein Tag dauert von Sonnenaufgang bis Sonnenuntergang.

    Lösung

    Die Zeit ist ein ganz zentraler Bestandteil unseres Lebens.

    Wir wissen, dass eine Schulstunde $45$ Minuten dauert, die Pause meistens nur $5$ oder $15$ Minuten und ein Kinofilm ungefähr $2$ Stunden.

    Dabei machen wir uns über die Bedeutung der Zeit an sich eher selten Gedanken.

    Physikalisch gesehen ist die Zeit jedoch sehr interessant und an nahezu allen Prozessen beteiligt.

    Die Zeit wird in fest definierte Einheiten zerlegt, damit sie für jeden vergleichbar ist. Diese Grundeinheit bezeichnen wir als Sekunde.

    So können wir etwa Tage in Minuten oder Jahre in Stunden angeben und diese Zeiträume so besser vergleichen.

    Bevor man genaue Messungen durchführen konnte, ging man davon aus, dass ein Tag genau einer Umdrehung der Erde entspricht.

  • Erkläre, was eine Vergleichszeit ist.

    Tipps

    Die Zeit ist wichtig, um dem Alltag seine Struktur zu geben.

    Es ist notwendig, eine allgemein gültige Vergleichseinheit der Zeit zu haben, von der sich alle weiteren Einheiten der Zeit ableiten.

    Lösung

    Die Zeit ist wichtig, um dem Alltag seine Struktur zu geben.

    Dazu muss gewährleistet sein, dass die Zeitspannen und Uhrzeiten vergleichbar sind. Wenn jemand von einer Minute spricht, dann muss eine zweite Person verstehen, wie lange eine Minute genau dauert.

    Es ist also notwendig, eine allgemein gültige Vergleichseinheit der Zeit zu haben, von der sich alle weiteren Einheiten der Zeit ableiten.

    Dafür wurde die Sekunde festgelegt. Aus einer Sekunde kann man nun jede weitere Zeiteinheit ableiten wie etwa die Minute, Stunde oder den Tag.

    Neben der Einteilung des Tages in Stunden, Minuten und Sekunden, wird dieser nach einer weiteren Größe eingeteilt: der Tageszeit.

    Dazu gibt es zahlreiche Zeitzonen, sodass es in den USA tiefste Nacht ist, in Europa aber früher Morgen.

  • Bestimme, welcher der Prozesse am längsten dauert.

    Tipps

    $1min = 60s$

    $1 h = 60min $

    Lösung

    Wir teilen die Zeit in unterschiedlich große Einheiten ein.

    Die kleinste Einheit ist die Sekunde $1s$.

    $60s$ addieren sich zu einer Minute, die man auch mit $1min$ abkürzen kann.

    Wie du sicher weißt, beinhaltet eine Stunde nun $60min$.

    So können wir nun die gesamte vergangene Zeit ermitteln.

    $55min$ und $120s$ können wir so umrechnen zu $55 min + 2 min = 57 min$.

    So können wir vergleichen, welche der Zeitabschnitte am längsten dauern und welche die kürzesten sind.

  • Gib die Dauer eines Tages in Minuten, Stunden und Sekunden an.

    Tipps

    Eine Minute hat $60$ Sekunden.

    Eine Stunde hat $60$ Minuten.

    Ein ganzer Tag besteht aus $Tag+Nacht$.

    Lösung

    Ein Tag ist eine physikalische Einheit, die uns im wahrsten Wortsinne jeden Tag begegnet.

    Welcher Tag heute ist, können wir dabei einfach mit Hilfe des Kalenders ermitteln. Zwischen 00:00 und 23:59 befinden wir uns dabei an einem bestimmten Tag.

    Die Dauer in Stunden ist daher wohl relativ leicht zu ermitteln: $24h$ dauert ein Tag.

    Um die Minuten eines Tages zu berechnen, müssen wir nun $ 24h \cdot 60 \frac{min}{h} = 1440 min $ berechnen.

    Ein Tag hat demnach $.440 min$.

    Um nun die Dauer in Sekunden zu ermitteln, berechnen wir die Gesamtzahl der Minuten eines Tages multipliziert mit $60$ Sekunden in jeder Minute.

    So erhalten wir $ 1.440 min \cdot 60 \frac{s}{min} = 86.400s$

    An einem Tag vergehen also genau $86.400s$.

  • Rechne die Zeit in Minuten um.

    Tipps

    $1 h = 60 min$

    $ 60s = 1 min $

    $ 1 h = 3600 s$

    Lösung

    Um die Zeit in Minuten umzurechnen, müssen wir uns zunächst einmal anschauen, wie viele Sekunden in eine Minute passen und wie viele Minuten in eine Stunde.

    $1 h = 60 min$ : Eine Stunde entspricht $60$ Minuten. $60s = 1 min $ : $60$ Sekunden entsprechen einer Minute.

    Mit diesen beiden Umrechnungsfaktoren können wir nun die angegebenen Zeiten in Minuten umrechnen.

    Wir schauen uns hier nur ein Beispiel an :

    $1h 600s$ entsprechen also $ 1h + 360 s = 60 min + 6 min = 66 min $.

    Die gegebene Zeit in Minuten beträgt $66 min$.

    So, nun kannst du sicher die anderen Zeiten auch in Minuten umrechnen.

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