水時鐘
水時鐘或clepsydra （來自古希臘語 κλεψύδρα （ klepsúdra ） “移液器，水時鐘”；從 κλέπτΩ （ kléptō ） “偷竊”，和 ὕδΩρ （ hydor ） “水”；點燃 “水賊”）是一個鐘錶，通過液體流入（流入類型）或（流出類型）的（流出類型）的容器，然後測量量的時間。
水時鐘是最古老的時間衡量儀器之一。碗形流出是水時鐘的最簡單形式，眾所周知，在公元前16世紀附近的巴比倫，埃及和波斯都存在。包括印度和中國在內的世界其他地區也有早期的水時鐘證據，但最早的日期不確定。水時鐘也用於古希臘和古羅馬，由Ctesibius和Vitruvius等技術作家描述。
設計
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，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，並告訴我們已經過去了多少時間。流入水時鐘基本上以相同的方式工作，除了沒有從容器中流出，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。一些現代的時計被稱為“水時鐘”，但與古代鐘錶不同。他們的計時由擺鐘支配，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驅動時鐘所需的功率，或者通過在其顯示器中加水。水時鐘是最古老，最重要的樂器之一。
希臘人和羅馬人的高級水時鐘設計包括帶有早期反饋系統，齒輪和逃生機構的流入率clepsydra，這些機構與幻想的自動機連接在一起，並提高了精度。在拜占庭，敘利亞和美索不達米亞取得了進一步的進步，那裡越來越精確的水時鐘融合了複雜的節段和epicyclic齒輪，水輪和可編程性，最終取得了歐洲的進步。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，將他們的想法傳遞給了韓國和日本。
一些水時鐘設計是獨立開發的，並且通過貿易的傳播傳遞了一些知識。這些早期的水時鐘用日ad校準。儘管從未達到與當今計時標準相媲美的準確性，但水時鐘是千年來最準確，最常用的計時設備，直到它被17世紀歐洲的更準確的擺鐘所取代。
區域發展
埃及
有物理證據的最古老的水時鐘可以追溯到c。公元前1417年至1379年，在Amenhotep III統治期間，在Karnak的Amen-Re神廟中使用了它。水時鐘的最古老的文檔是公元前16世紀埃及法院官員阿米納梅特（Amenemhet）的墳墓銘文，它將他確定為發明家。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“小時”的通過。這些列是在十二個月中的每個月中的每個小時的變化。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。這些時鐘也可能在白天也被使用。
巴比倫
| 粘土平板電腦 | |
|---|---|
 水時鐘計算由nabû-apla-iddina。
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| 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 | Cuneiform ， Akkadian |
| 創建 | 600BC-500BC |
| 現在的位置 | 大英博物館55室 |
| 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幫助，其歷史可以追溯到舊的巴比倫時期（ c。2000 - c。1600BC ）。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粘土片上的著作。例如，兩片平板電腦是Enuma-Anu-Enlil （公元前1600 - 1200年）和Mul.apin （公元前7世紀）。在這些平板電腦中，水時鐘用於支付夜間和日間手錶（守衛）。
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，這些時鐘通過從中流的水的重量來測量時間。以稱為QA的容量單位測量體積。重量，法力或Mina （希臘單元約1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，一個人不得不將兩個法力倒入圓柱形的clepsydra中；其排空表示手錶的末端。必須將其六六分之一添加到每一個後半部。 - 月。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。”
印度
N. Narahari Achar和Subhash Kak認為，最早在公元前第二千年的印度使用了水時鐘，這是根據它們在Atharvaveda的出現而使用的。根據N. Kameswara Rao的說法，從印度河谷巴基斯坦Mohenjo-daro遺址挖掘的鍋可能已被用作水時鐘。它們在底部逐漸變細，在側面有一個孔，類似於用來在lingams上進行Abhiṣeka （儀式澆水）的餐具。
Jyotisha學校是六個Vedanga學科之一，描述了稱為Ghati或Kapala的水時鐘，該鐘在Nadika的單位（大約24分鐘）中測量了時間。 SüryaSiddhānta （公元5世紀）中提到了以漂浮和下沉的銅管形式形式的Clepsydra。在佛教大學的納蘭達（Nalanda） ，通過水時鐘進行了四個小時的時間，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。碗裡從底部的一個小孔裡充滿了水。它完全填滿時沉沒了，白天被鼓擊。隨著季節的增加，添加的水量也有所不同，時鐘是由大學的學生操作的。
Polymathvarāhamihira （公元6世紀）在PañcaSiddhāntikā中也給出了類似的水時鐘的描述，這為SüryaSiddhānta中給出的帳戶提供了進一步的細節。數學家布拉馬古普塔（Brahmagupta ）（公元7世紀）記錄了進一步的描述。天文學家拉拉（公元8世紀）還記錄了帶有測量值的詳細描述，他將Ghati描述為一個半球形的銅管，該銅容器帶有一個孔，該孔在一個Nadika後完全填充。
中國
在古代中國以及整個東亞，水時鐘在天文學和占星術研究中都非常重要。最古老的書面參考文獻日期是中國在公元前6世紀使用水時鐘的使用。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（稱為fou chien lou，浮箭漏）。漢朝哲學家兼政治家Huan Tan （公元前40年- AD 30）是負責Clepsydrae法院的秘書，他必須將Clepsydrae與Sundials進行比較，因為溫度和濕度如何影響他們的準確性，證明了他們的準確性，證明了這一影響目前已知蒸發以及水流速度的溫度。水時鐘中的液體可能容易凍結，必須用火炬保持溫暖，這一問題在976年由中國天文學家和工程師Zhang Sixun解決。他的發明 - 對Yi Xing的時鐘有了很大的改善 - 用水星而不是水。汞是在室溫下的液體，在-38.83°C（-37.9°F）的凍結低於任何空氣溫度在極性外部地區。同樣，明年早期的工程師Zhan Xiyuan（約1360– 1380年）創建了一個砂輪時鐘，而不是使用水，而是由Zhou Shuxue（c。1530–1558）改進。
使用Clepsydrae來驅動說明天文現象的機制始於117年的Han dynasty Polymath Zhang Heng （78-139），他們也使用了水輪。張亨（Zhang Heng）是中國第一個在水庫和流入容器之間增加一個額外補償水箱的人，該儲罐解決了水庫儲罐中壓力頭下降的問題。張的創造力導致了唐朝數學家和工程師Yi Xing （683–727）和Liang Lingzan的創造，該鐘是由Waterwheel Link Workwork逃生機制驅動的725。 1088年的Song Dynasty Polymath Su （1020–1101）將使用相同的機制來為他的天文鐘樓和連鎖驅動器提供動力。 Su Song的鐘樓高30英尺（9.1 m）高，擁有一個青銅動力驅動的渦流球，可觀察到觀測，一個自動旋轉的天體地球和五個帶有門的前面板，可允許觀看不斷變化的大型大型大型大型鐘聲或鑼並持有平板電腦，指示一天中的小時或其他特殊時間。在2000年代，在北京的鼓塔中，流出的Clepsydra正在運營，並為遊客展示。它與自動機連接，以便每個四分之一小時的小黃銅雕像鼓掌他的cy骨。
波斯
在波斯或大伊朗，尤其是在伊朗的沙漠地區（例如雅茲，伊斯法罕，齊巴德和貢納巴德）使用水時鐘的歷史可以追溯到公元前500年。後來，他們還被用來確定伊斯蘭前宗教的確切聖日，例如諾夫（ March quinox ），Chelleh Night（ 9月Equinox ）， Tirgan （夏至）（夏至）和Yaldānight （冬季冬至） - 最短，最長，最長和最長的和最長的多年的白天和夜晚相等。在伊朗使用的水時鐘是時間日曆的最實用的古老工具之一。水時鐘是最準確，最常用的計時設備，用於計算農民必須從卡納特（Qanat）取水或灌溉的時間，直到被更準確的當前時鐘取代為止。波斯水時鐘是Qanat股東計算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妮·或pengan（小時）的數量並宣布從日出到日落的白天和夜晚的確切時間，因為共享持有人通常分為所有者和夜總所有者。 Fenjaan由一個裝滿水和一個碗的大鍋組成，中間有一個小孔。當碗裡滿是水時，它會沉入鍋裡，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下來的碗次數。時鐘位置的地方及其經理被統稱為Khaneh Fenjaan （時代之家）。通常，這將是一個公共場所的頂層，並帶有向西和向東的窗戶，以顯示日落和日出的時間。 Zibad Gonabad水時鐘一直使用，直到1965年被現代時鐘代替。
希臘羅馬世界
“ clepsydra”一詞來自希臘語，意為“水偷”。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，其中一種包括最早的反饋控制系統。 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。羅馬工程師Vitruvius描述了與鑼或小號一起工作的早期鬧鐘。一個常用的水時鐘是簡單的流出clepsydra。這款小型陶器容器在其底部附近有一個孔。在希臘和羅馬時代，這種類型的Clepsydra在法庭上都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，僅部分案件。如果由於任何原因（例如檢查文件）中斷了訴訟，則用蠟將Clepsydra的漏洞停在了，直到發言人能夠恢復他的訴狀為止。
clepsydrae保留時間
一些學者懷疑clepsydra可能被用作停止觀察，以對客戶在雅典妓院的訪問施加時間限制。稍後，在公元前3世紀初期，希臘化醫師Herophilos在他在亞歷山大的家中訪問了便攜式Clepsydra，以衡量患者的脈搏效果。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。
在公元前270年和公元500年之間，希臘化（亞歷山大的英雄，阿基米德的英雄）和羅馬鐘錶學家和天文學家正在開發更精緻的機械化水時鐘。附加的複雜性旨在調節流量，並提供時間的流逝。例如，有些水時鐘響了鈴鐺和鑼，而另一些水則打開了門和窗戶，以展示人們的小雕像，或移動指針和撥號。一些甚至顯示了宇宙的占星術模型。公元前3世紀拜占庭的工程師菲洛（Philo）在他的作品中提到了已經配備了逃生機制的水時鐘，這是最早所知道的。
然而，在這段時間內，Clepsydrae發明的最大成就是Ctesibius憑藉齒輪的合併和錶盤指示器，以自動顯示時間，因為全年的時間長度變化，因為他在他的時間內使用了時間的時間。天。另外，一位希臘天文學家，賽爾魯斯（Cyrrhus）的安德羅尼庫斯（Andronicus ）監督了他的植物的建設，今天在公元前1世紀上半葉，在雅典市場（或阿格拉）被稱為“風塔” 。這個八角形鐘錶顯示了學者和購物者，既有日光浴劑和機械小時指標。它的特徵是24小時機械化的Clepsydra和塔獲得了八種風的指標，並顯示了一年的季節以及占星術日期和時期。
中世紀伊斯蘭世界
在中世紀的伊斯蘭世界（632-1280）中，在埃及亞歷山大興起期間，水時鐘的使用起源於阿基米德，並通過拜占庭繼續進行。然而，阿拉伯工程師al-Jazari的水時鐘因“超出了它們之前的任何事物”而被認為。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速率，以匹配全年的不平坦長度。為此，時鐘有兩個水箱，將頂部的水箱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。
最複雜的水力天文鐘是Al-Jazari的城堡時鐘，有些人認為是可編程模擬計算機的早期示例，在1206年。這是一個複雜的設備，大約11英尺（3.4 m）高，高約11英尺（3.4 m）並具有多個功能以及計時。它包括黃道十二宮和太陽和月球軌道的展示，以及一個以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，每個門都露出人體模特，一個露出人體模特，每隔一小時。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，並且還提供了五位音樂家自動機，當由附加的隱藏凸輪軸操作時，他們會自動播放音樂到水輪。城堡時鐘的其他組件包括帶有浮子的主儲層，一個浮子室和流動調節器，板和閥槽，兩個皮帶輪，新月形碟片顯示Zodiac，以及兩個Falcon Automata Automata將球放入花瓶中。
阿拉伯工程師Ibn Khalaf al-Muradi在伊斯蘭伊比利亞c。 1000.他的水鐘是由水輪驅動的，在11世紀，幾個中國水時鐘也是如此。在大馬士革和FEZ中建造了可比的水時鐘。後者（ Dar al-Magana ）一直持續到今天，其機制已重建。使用這些複雜齒輪的第一個歐洲時鐘是Giovanni de Dondi在C中創建的天文鐘。 1365年。像中國一樣，當時的阿拉伯工程師也開發了一種逃生機制，他們在某些水時鐘中採用了逃生機制。逃逸機制是恆定頭系統的形式，而重量的浮子被用作重量。
韓國
1434年，在約瑟·統治期間，王楊 - 雪爾（韓語： 장영실 ; hanja ：蔣英實），宮殿後衛和後來的首席法院工程師為國王塞瓊（King Sejong ）建造了Jagyeongnu （自動打擊的水時鐘或擊打Clepsydra）。
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）擊中了對象來發出時間。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。張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。轉換裝置稱為Pangmok ，並將其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。因此，引人注目的宮殿Clepsydra是鍾表史上第一個通過機械工程設計的雙時間時鐘。
日本
Tenji皇帝製作了日本的第一個水時鐘，稱為Rokoku （漏刻） 。它們在社會上很重要，並由水時鐘醫生運行
溫度，水粘度和時鐘精度
當粘度可以忽略時，水的流出率受托里切利定律（或更普遍的）原則來控制。如果水通過Hagen -Poiseuille方程式給出的足夠長和薄的噴嘴流出，粘度將主導流出速率。大約，該設計與粘度成反比，這取決於溫度。隨著溫度升高，液體通常變得粘稠。在水中，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的速度快七倍。水在20°C下的粘稠度比30°C高約25％，在此“室溫”範圍內，溫度的溫度變化可產生約2％的粘度。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。為了使它在每天一分鐘內保持時間需要控制其溫度 1⁄30 ° C（約1⁄17 ° F）。沒有證據表明這是在古代完成的，因此，具有足夠薄和長的噴嘴的古老水時鐘（與現代擺在上面描述的現代擺有的那個不同）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，累積錯誤並不是很大。