化学理科

5分で分かる「原子時計」どんな時計?使われ方は?理系院卒ライターがわかりやすく解説

よぉ、桜木健二だ。

お前らは「原子時計」と聞いてどんな時計か想像することは出来るか?原子時計は、他の時計と比較して高精度に時刻を計れる。要するに時刻がズレないんだ。そんな時計があったらみんなも使いたいよな?実は間接的ではあるが、みんなも原子時計の恩恵を受けているんだ。

そこで今回は、ほかの時計と比べて「原子時計」はなぜ高精度なのか、現在はどのように利用されているのかについて、化学に詳しい国立大学院で修士号(農学)を取得しているライターふくろう博士と一緒に解説していくぞ。

解説/桜木建二

「ドラゴン桜」主人公の桜木建二。物語内では落ちこぼれ高校・龍山高校を進学校に立て直した手腕を持つ。学生から社会人まで幅広く、学びのナビゲート役を務める。

hamanan2014

ライター/ふくろう博士

国立理系大学院で修士号(農学)を修了後、現在では企業の研究職として働くかたわらで「理系科目の面白さ、楽しさ」を伝えるために活動中!自身のサイト『大学生活のすべてが学べるブログ』では農業土木に関する基本的な概念から、大学生活を快適に過ごす秘訣まで広い情報を発信している。

原子時計ってどんな時計?時計は大まかに3種類ある!

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原子時計とはどのような特徴を持つ時計でしょうか?原子の時計?と言われても、なんだがイメージしづらいと思います。しかし、原子時計は現代の社会・生活に欠かせないキーアイテムなのです。

時計は大まかに、機械式時計クォーツ時計原子時計の3種類が存在します。それぞれの時計に特徴がありますので、原子時計を理解する上で、まず他の時計にどのような特徴があるのかを見ていきましょう!

機械式時計

機械式時計の動力はゼンマイです。機械式時計は、巻かれたゼンマイが一定間隔でほどけようとする力を針に伝えることで、時計の機能を作り出します。そのため機械式時計を動かすためには、動力であるゼンマイを巻き、動力を補給してあげる必要ありますよね。機械式時計には手動巻取り式と自動巻取り式の2種類の動力補給する方法があり、手動巻取り式の場合、ゼンマイを手動で巻くことで動力を補給し、自動巻取り式の場合、腕を振るような日常的な動作から動力を補給します。

メリットは、アナログ構造なためほとんどの場合に修理が可能なことです。高級な腕時計は機械式を採用していることが多く、資産価値が高いことも魅力の一つですね。デメリットは、正確性に欠けること、動力補給が必要であること、内部構造が複雑になるため、磁気と衝撃に弱く、コストが高くなることが挙げられます。

クォーツ時計

クォーツ時計の動力は電気です。クォーツ時計では、内部で水晶(クォーツ)をデジタル回路で振動させ、その振動を読み取ることで時計の機能を作り出します。

メリットは、正確性が高い(月差±15秒)こと、磁気に強いことです。デメリットは、デジタル回路を搭載しているため、修理不可能なことが多く、基本的には電池を交換しても正常に動作しない場合は買い替える必要があります。

原子時計

原子時計の動力は電気です。原子時計では、原子の電波を内部のデジタル回路で読み取り、クオーツ時計のわずかなズレを原子時計で補正します。 そのため原子時計はクォーツ時計を超える高い精度で時刻を刻むことができるのです。

メリットは、時刻の正確性が非常に高く、ほとんどズレません(3000年に1秒)。ただし、その1秒ズレるまでにハードウェアの故障がありそうですが。デメリットは、コストがかかり、小型化が困難であることです。

原子時計の原理

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原子時計が他の時計と比べて、非常に正確な時計であることがわかりました。それではどのように原子時計は正確に時刻を計っているのでしょうか?ポイントは、原子特性にあります!

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