水時鐘

對於印第安納波利斯兒童博物館的單個水時鐘，請參閱水時鐘（印第安納波利斯）.
展示了雅典古老的Agora博物館的兩個流出水時鐘。頂部是公元前5世紀後期的原始作品。底部是粘土原件的重建。

一個水時鐘或者滴漏（從古希臘κλεψύδρα（Klepsúdra）'吸管，水時鐘';從κλέπτω（kléptō）“偷”，ὕδωρ（Hydor）'水';點燃 “水偷”）是鐘錶在此時間，通過液體流入（流入類型）或（流出類型）的液體流動來測量時間，然後在此測量量。

水時鐘是最古老的時間衡量儀器之一。[1]碗形流出是水時鐘的最簡單形式，已知存在於巴比倫，埃及， 和波斯公元前16世紀左右。世界其他地區，包括印度和中國，也有早期的水時鐘證據，但最早的日期不確定。然而，一些作者聲稱，水時鐘早在公元前4000年就出現在中國。[2][需要驗證]水時鐘也用於古希臘和古羅馬，由技術作家（例如ctesibius和維特魯威.

設計

Eschinardi的水時鐘（從Francesco Eschinardi，，，，附錄廣告外exodium de tympano）

水時鐘使用水流來測量時間。如果忽略了粘度，那麼研究這種時鐘所需的物理原理是托里切利定律。水時鐘有兩種類型：流入和流出。在流出的水時鐘中，一個容器充滿了水，然後將水緩慢而均勻地從容器中排出。該容器的標記用於顯示時間的流逝。當水離開容器時，觀察者可以看到水與線的水平在哪裡，並分辨出了多少時間。流入的Dasher水時鐘基本上以相同的方式工作，除非沒有從容器中流出，但水填充了標記的容器。當容器填充時，觀察者可以看到水與線路相遇的位置並分辨出了多少時間。一些現代時計被稱為“水時鐘”，但與古老的時計有所不同。他們的計時由擺，但他們將水用於其他目的，例如提供通過使用水輪或類似的東西，或者在其顯示器中加水。水時鐘是有史以來最古老的樂器之一，也是最重要的儀器之一。

這希臘人以及羅馬人的高級水時鐘設計，包括帶有早期反饋系統，齒輪和逃脫與幻想相關的機制自動機並提高了精度。進一步進步拜占庭，敘利亞和美索不達米亞，越來越精確的水時鐘結合了複雜的分段和epicyclic齒輪，水輪， 和可編程性，最終進入的進步歐洲。中國人獨立地開發了自己的高級水時鐘，結合了齒輪，逃生機制和水輪，將他們的想法傳遞到韓國和日本.

一些水時鐘設計是獨立開發的，並且通過貿易傳播傳遞了一些知識。這些早期的水時鐘被用晷。儘管從未達到與當今計時標準相媲美的準確性，但水時鐘是數千年的最準確，最常用的計時設備，直到被更準確取代擺時鐘在17世紀的歐洲。

使用水時鐘金色一個金葉子在曼德勒（緬甸）。

區域發展

埃及

a的碎片玄武岩水上鎖，內部蒸發時間標記在圓點上DJED和曾是象形文字。後期，第30王朝。來自埃及。這佩特里埃及考古博物館， 倫敦

有物理證據的最古老的水時鐘可追溯到c。公元前1417年至1379年Amenhotep III它在哪裡使用阿森·雷神廟在卡納克。[3]水時鐘最古老的文檔是公元前16世紀埃及法院官員阿姆尼梅特（Amenemhet）的墳墓銘文，它將他確定為發明者。[3][4]這些簡單的水時鐘是流出類型的，是帶有傾斜側面的石容器，可從底部附近的一個小孔以幾乎恆定的速度滴水。有十二個單獨的列，內部有一致的間隔標記，以測量水位到達水位時的“小時”。這些列適用於十二個月份允許季節性的變化。這些時鐘被牧師使用來確定晚上的時間，以便可以在正確的時間進行聖殿儀式和犧牲。[5]這些時鐘也可能在白天也被使用。

巴比倫

粘土平板電腦
Water clock tablet.jpg
水時鐘計算由nabû-apla-iddina。
尺寸H：8.2厘米（3.2英寸）
W：11.8厘米（4.6英寸）
D：2.5厘米（0.98英寸）
寫作楔形文字，阿卡迪安
創建600BC-500BC
現在的位置房間55，英國博物館
鑑別29371

在巴比倫，水時鐘是流出類型的，形狀是圓柱形的。使用水時鐘作為天文計算的輔助，可追溯到老巴比倫時期（c.2000 –c.公元前1600年）。[6]雖然美索不達米亞地區沒有倖存的水時鐘，但大多數證據的存在證據來自於著作粘土平板電腦。例如，兩個平板電腦的集合是Enuma-anu-enlil（公元前1600 - 1200年）和mul.apin（公元前7世紀）。[7]在這些平板電腦中，水時鐘用於支付夜間和日間手錶（警衛）。[8]

這些時鐘是獨一無二的，因為它們沒有指示器，例如手（如今通常使用的）或凹槽的凹口（埃及使用）。取而代之的是，這些時鐘通過流出的水的重量來測量時間。[9]該量以稱為容量單位測量質量檢查。重量，法力或者Mina（希臘單元約一磅），是水時鐘中水的重量。

在巴比倫時代，時間是按時間小時測量的。因此，隨著季節的變化，一天的長度也隨之變化。“為了在夏至定義'夜間手錶'的長度，必須將兩個法力倒入圓柱形的clepsydra中；其排空表示手錶的末端。必須添加每六分之一的法力法 - 月球。在春分，必須清空三個法力，以便與一隻手錶相對應，而冬季冬季夜晚的每個手錶都清空了四個法力。”[9]

印度

根據N. Kameswara Rao的說法，Pots從印度河谷巴基斯坦站點的Mohenjo-daro（公元前2500年左右）可能被用作水時鐘。它們在底部逐漸變細，側面有一個孔，與用於執行的器皿相似Abhiṣeka（儀式倒水）lingams.[10]N. N. Narahari Achar和Subhash Kak建議使用水時鐘古印度在Atharvaveda來自公元前第二千年。[11][不可靠的來源？][12][不可靠的來源？]

這jyotisha學校，六個韋丹加學科，描述的水時鐘加蒂或者卡帕拉那個單位的時間納迪卡（大約24分鐘）。在浮動和下沉的銅船的形式的lepsydra中提到SüryaSiddhānta（公元5世紀）。[13]在納蘭達， 一個佛教徒大學，通過一個水時鐘測量了四個小時的間隔，該水時鐘由一個類似的銅碗組成，將兩個大浮子放在一個裝滿水的較大碗中。碗從底部的一個小孔裡充滿了水。它完全填滿時沉沒了，白天被鼓的打擊標記。增加的水量隨季節而異，時鐘是由大學的學生運營的。[14]

在PañcaSiddhāntikā由多個瓦蘭希拉（公元6世紀），這進一步增加了詳細信息SüryaSiddhānta.[需要充分引用]進一步的描述記錄在BrāhmasphuṭaSiddhānta，數學家婆羅門（公元7世紀）。天文學家還記錄了帶有測量的詳細描述拉拉（公元8世紀），他描述了加蒂作為半球形的銅管，帶有一個孔，該孔完全填充。納迪卡.[15]

中國

水力機理蘇歌帶有Clepsydra坦克的天文鐘塔，水輪，逃脫機制，和鏈驅動為AN提供動力渾天儀和113醒目的時鐘千斤頂聽起來很小時並顯示信息豐富的斑塊

在古代中國，以及整個東亞，水時鐘在研究中都非常重要天文學和占星術。最古老的書面參考日期是中國在公元前6世紀使用水時鐘的使用。[16]從公元前200年開始，流出的clepsydra幾乎被流入類型所取代，並在浮標上帶有指示桿。[16]漢朝哲學家和政治家Huan Tan（公元前40年 - AD 30），負責Clepsydrae法院的秘書，他寫道，由於溫度和濕度如何影響其準確性，他必須將Clepsydrae與Sundials進行比較，表明蒸發的影響以及溫度對溫度的影響目前已經知道水流的速度。[17]水時鐘中的液體易於冷凍，必須用火炬保持溫暖，這是中國天文學家和工程師在976年解決的問題張·薩南。他的發明 - 對Yi Xing的時鐘有了很大的改進 - 汞而不是水。汞是在室溫下的液體，在-38.9°C（-38.0°F）的凍結低於地球上通常發現的任何空氣溫度。[18][19]同樣，明年早期的工程師Zhan Xiyuan（約1360– 1380年）不使用水，而是創建了一個砂輪時鐘，並改善了周舒斯（C. 1530–1558）。[20]

使用Clepsydrae驅動機制說明天文現象始於漢朝多子張亨（78–139）在117中，也僱用了水輪.[21]張亨是中國第一個在水庫和流入船之間增加一個額外補償箱的人，這解決了下降的問題壓頭在水庫坦克中。[16]張的創造力導致了唐朝數學家和工程師的創造yi xing（683–727）和Liang Lingzan在725個由水輪鏈路驅動的時鐘逃脫機制。[22]Song Dynasty Polymath將使用相同的機制蘇歌（1020–1101）在1088年為他的天文鐘塔以及鏈驅動.[23]蘇歌高30英尺（9.1 m）高的鐘樓，擁有一個青銅電動驅動的渦流球以進行觀測，自動旋轉渾天儀，還有五個帶門的前面板，可以觀看更改模特響了鈴或鑼，並拿著平板電腦，指示一天中的小時或其他特殊時間。在2000年代，北京鼓塔流出的Clepsydra是運營的，並為遊客展示。它與自動機連接在一起，因此每個四分之一小時的小黃銅雕像都拍了拍他的c骨。[24]

波斯

古老的波斯時鐘

在波斯或大伊朗，尤其是在沙漠地區伊朗如yazd，伊斯法罕，Zibad， 和Gonabad，可以追溯到公元前500年。[25]後來他們還被用來確定伊斯蘭前宗教的確切聖日，例如Nowruz，chelah， 或者Yaldā - 多年的最短，最長，最相等的白天和夜晚。伊朗使用的水時鐘是定時日曆的最實用的古老工具之一。[26][27]水時鐘或芬賈安，是最準確，常用的計時設備，用於計算農民必須從卡納特或灌溉的好，直到被更準確的當前時鐘取代。[28][29]波斯水時鐘是Qanat股東計算可能將水轉移到農場或花園的時間長度的實用且有用且必要的工具。Qanat（Kariz）是乾旱地區農業和灌溉的唯一水源，因此公正且公平的水分配非常重要。因此，一個非常公平，非常聰明的老人當選為水時鐘的經理（稱為mir aab），至少需要兩名全職經理來控制和觀察芬給人或Pengan（小時）的數量並宣布從日出到日落的白天和黑夜的確切時間，因為股票持有人通常分為所有者和夜總所有者。[30]Fenjaan由一個裝滿水和一個碗的大鍋組成，中央有一個小孔。當碗裡滿是水時，它會沉入鍋中，經理會清空碗，然後將其放在鍋中的水頂上。他會通過將小石頭放入罐子中記錄碗沉沒的次數。[30]時鐘位置的地方及其經理被統稱為Khaneh Fenjaan（時代的房子）。通常，這將是公共場所的頂層，並帶有向西和向東的窗戶，以展示日落和日出的時間。ZibadGonabad水時鐘一直使用到1965年[27]當它被現代時鐘代替時。[26]

希臘羅馬世界

19世紀初期的插圖[31]的ctesibius公元前3世紀的（公元前285 - 222年）Clepsydra。小時指示器會隨著水流入而上升。此外，一系列齒輪將圓柱體旋轉以對應於顳小時。

“ clepsydra”一詞來自希臘語，意為“水偷”。[32]希臘人通過解決流量減少的問題來大大提高水時鐘。他們介紹了幾種類型的流入clepsydra，其中之一包括最早的反饋控制系統。[33]ctesibius發明了一個典型的指示系統，用於以後的時鐘，例如錶盤和指針。[34]這羅馬工程師維特魯威描述了早期的鬧鐘，與鑼或小號一起工作。[34]一個常用的水時鐘是簡單的流出clepsydra。這款小型陶器容器在基地附近的側面有一個孔。在希臘和羅馬時代，這種類型的Clepsydra在法庭上用於分配演講者的時間。在重要情況下，例如當一個人的生命受到威脅時，它被完全填補了，但是對於更多的次要情況，只有部分情況。如果由於任何原因（例如檢查文件）中斷了訴訟，則用蠟將Clepsydra的漏洞停止，直到發言人能夠恢復他的訴狀為止。[35]

clepsydrae保留時間

一些學者懷疑clepsydra可能被用作停止觀察，以對客戶的訪問施加時間限制雅典妓院。[36]稍後，在公元前3世紀初，希臘化醫師Herophilos在他的家中僱用了便攜式clepsydra亞歷山大用於測量患者的脈搏擾動。通過將年齡組的速率與經驗獲得的數據集進行比較，他能夠確定該疾病的強度。[36]

在公元前270年和公元500年之間希臘化（ctesibius，亞歷山大的英雄，阿基米德） 和羅馬鐘錶學家和天文學家正在開發更精細的機械化水時鐘。附加的複雜性旨在調節流量並提供時間流逝的奇特顯示。例如，一些水時鐘響了鈴鐺和鑼，而其他人則打開門和窗戶，以展示人的小雕像，或移動指針和撥號。有些甚至顯示占星術宇宙的模型。公元前3世紀拜占庭的菲洛在他的作品中提到已經裝有逃生機制的水時鐘，這是最早的同類機制。[37]

然而，在這段時間裡，Clepsydrae發明的最大成就是Ctesibius憑藉齒輪的合併和撥號指示器，以自動顯示時間，因為整個日子的長度都在全年變化，因為他在他的時間內使用了暫時的時光。日。另外，希臘天文學家，Cyrrhus的Andronicus，監督他的植物的建設，今天被稱為tower， 在裡面雅典市場（或Agora）在公元前1世紀上半葉。這個八角形鐘樓展示了學者和購物者聖迪亞族和機械小時指標。它以24--小時機械化的clepsydra和塔從中得名的八種風的指示器，並顯示了季節年度和占星術日期和期間。

中世紀伊斯蘭世界

al-Jazari大像水時鐘（1206）。[38]

在裡面中世紀伊斯蘭世界（632-1280），在上升期間，使用水時鐘的根源亞歷山大在埃及並繼續通過拜占庭。阿拉伯工程師的水時鐘al-Jazari但是，由於“遠遠超出了他們的一切”，因此被認為是他們的。在賈扎里（Al-Jazari）的1206年論文中，他描述了他的一個水時鐘大象時鐘。時鐘記錄了時間小時的通過，這意味著必須每天更改流量率，以匹配全年的不平坦長度。為此，時鐘有兩個坦克，頂部的儲罐連接到指示機制的時間，底部連接到流控制調節器。基本上，在黎明時，水龍頭被打開，並通過浮子調節器從頂部的水箱流到底部油箱，該浮子調節器在接收罐中保持恆定的壓力。[39]

水力自動城堡時鐘的al-Jazari，12世紀。

最複雜的水力天文鐘曾是al-Jazari城堡時鐘，某些人認為是可編程的早期示例模擬計算機，1206年。[40]這是一款複雜的設備，高約11英尺（3.4 m），並在計時範圍內具有多個功能。它包括顯示的十二生肖還有太陽能和月球軌道，以及帶有新月形月亮形狀的指針，它穿過門戶的頂部，被隱藏的手推車移動，並導致自動門打開，每個門每小時都會露出一個人體模特。[41][42]可以重新編程白天和黑夜的時間，以說明全年白天和黑夜的變化，並且還介紹了五位音樂家自動機，當由附加的隱藏凸輪軸操作的槓桿移動時，它們會自動播放音樂到水輪。[40]城堡時鐘的其他組件包括帶有浮子的主要儲層浮子室以及流量調節劑，板和閥槽，兩個皮帶輪，黃道十二宮的新月和兩個獵鷹自動機將球放入花瓶中。[43][不可靠的來源]

第一個採用複雜分段和的水時鐘epicyclic齒輪是由阿拉伯工程師Ibn Khalaf al-Muradi在伊斯蘭伊比利亞C。 1000.他的水時鐘由水輪，就像11世紀的幾個中國水時鐘一樣。[44]內置可比的水時鐘大馬士革和fez。後者 （達爾·馬加納（Dar al-Magana））保留到今天，其機制已重建。使用這些複雜齒輪的第一個歐洲時鐘是由Giovanni de Dondi在c。1365年。像中國一樣，當時的阿拉伯工程師也開發了逃脫他們在某些水時鐘中使用的機制。逃逸機制是恆定頭系統的形式，而重浮子用作重量。[44]

韓國

主要文章：Jang Yeong-sil§水時鐘
Jang Yeong-sil的自動打擊水時鐘的不完整縮放模型

1434年在choson期間（或約瑟）王朝，Jang Yeong-Sil（也有各種抄錄的Chang Yongsil或Jang Young Sil）（在韓國人），宮殿後衛和後來的首席法院工程師建造了Jagyeongnu（自動擊打水時鐘或驚人的clepsydra）國王Sejong.

使Jagyeongnu自我打擊（或自動）的用途是使用千斤頂的機制，三個木製人物（千斤頂）擊中了物體來發出時間來發出時間。這項創新不再需要被稱為“公雞男人”的人類工人的依賴來不斷補充。

時鐘的獨特性在於它可以通過視覺和可聽見的信號自動宣布雙重時間的能力。[45]Jang開發了一種信號轉換技術，該技術使得可以同時測量模擬時間並宣布數字時間，並將水機制與球操作的醒目機制分開。[46]轉換設備被稱為Pangmok，並被放置在測量時間的流入容器上方，這是世界上同類產品的第一個設備。[47]就這樣引人注目的宮殿Clepsydra是鍾表歷史上的第一個水力機械工程的雙時間鐘。[48][49]

溫度，水粘度和時鐘精度

當可以忽略粘度時，水的流出率由托里切利定律，或更普遍的伯努利的原則.粘度如果水從足夠長且薄的噴嘴流出，則將主導流出速率Hagen – Poiseuille方程.[50]大約，流速用於這種設計成反比取決於粘度溫度.液體通常，隨著溫度升高，粘稠度較低。就水而言，粘度在零攝氏度之間的倍數約為7倍。因此，具有如此噴嘴的水時鐘在100°C下的運行速度比0°C快七倍。在20°C下的水比30°C高約25％，溫度的變化為攝氏攝氏度，在此中“室內溫度“範圍，粘度的變化約為2％。[51]因此，如果攝氏攝氏度更高或涼爽，則具有如此噴嘴的水時鐘在某些給定的溫度下保持良好的時光會增加或損失大約半小時。為了使其在每天一分鐘內保持時間需要控制其溫度1⁄30°C（大約1⁄17°Fahrenheit）。沒有證據表明這是在古代完成的，因此具有足夠薄而長的噴嘴的古老水鐘（與上述現代擺的現代擺放器不同）並不能按照現代標準可靠地準確。但是，儘管現代鐘錶可能不會長時間重置，但每天可能會重置水時鐘，而在基於日dial的基礎上進行補充時，累積錯誤不會很大。

也可以看看

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參考書目

主要文章：水時鐘的參考書目

外部鏈接

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