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最初の時計
13世紀まで、人々は太陽の位置を観測したり、水時計や砂時計を使うなどごく限られた方法で時間を計っていた。
その後、時間を短い間隔に区切るという考え方が生まれ、大きな変革が起きた。1300年にはイタリアで世界初の機械式時計が発明されたが、誤差の少ない時計の開発にはその後300年を要した。15世紀に入ってようやく「１時間」「2時間」という時間の単位が生まれ、16世紀になって、「分」「秒」という単位が現在と同じように使われるようになった。
振幅運動
3000万年に1秒以下の誤差しか生じない原子時計を含め、現代のあらゆる時計は、一定の周期で振動するものを利用して動いており、この振動が、時間を一定の間隔で区切ることによって時間を計る。最もよく知られているのが時間を計るために時計職人によって発明された振り子である。（ほとんどの振り子時計の振り子は、1秒に1回振幅する）振幅周期（1往復にかかる時間）は振り子の長さによって違う。
機械式時計
時計は、一定の周期で振動するものを利用して動いている。腕時計の開発にあたり、大きくて重い振り子に代わる振動子を開発しなければならなかった。機械式時計とは、巻かれたぜんまいのほどける力を歯車に伝えて針を動かす時計である。
機械式時計が正しく時を刻む仕組みは、規則正しい往復回転運動を繰り返す「調速機（ヒゲゼンマイとテンプ）」とテンプに力を与え続けるとともに、テンプからの振動で輪列を制御する「脱進機（ガンギ車とアンクル）」という2つの機構が担っている。
クウォーツ時計
クウォーツ時計は、水晶で作った水晶振動子が電圧によって振動することによって時を刻む。振動数が多いという水晶の特性により1年で約1分しか誤差がない時計の開発が可能になった。水晶振動子の振動は、電子回路に組み込まれることによって調整される。水晶は、19世紀の終わりにその特性が発見され、一部の無線機に使用されていた。1960年には最初のクウォーツ時計が開発されたが、その当時の技術力では小型化は不可能であり、クウォーツ腕時計の登場までにはまだ時を待たなければならなかった。クウォーツ時計は、小さな電池で何年も動く消費電力の少ない時計である。
原子時計
原子時計は、セシウム133原子を振動に変換する仕組みで動いている。セシウム133原子は、とても速く周期的な振動をするという長所を持ち、水晶と比べ、温度変化などの外部からの刺激に影響を受けにくい。