Un reloj de agua es cualquier aparato para medir el paso del tiempo (reloj) con el que el tiempo se mide mediante el flujo regulado de líquido que en algunos casos se emplea la fuerza motriz para mover algún tipo de mecanismo y en otros se dirige hacia la entrada o hacia la salida de un recipiente donde se mide la cantidad de líquido. En el caso de los relojes de agua de tambor, el agua se hace circular entre diferentes compartimentos internos del tambor, estabilizando su giro, como regulador hidráulico, similar en funcionalidad a un escape mecánico.
Una muestra de dos relojes de agua de salida del Museo Ágora Antigua de Atenas. La parte superior es un original de finales del La parte inferior es una reconstrucción de un original de barro.
Los relojes de agua son uno de los instrumentos más antiguos para medir el tiempo. La salida en forma de cuenco es la forma más simple de un reloj de agua y se sabe que existió en Babilonia, Egipto y Persia hacia el Otras regiones del mundo, incluidas la India y la China, también tienen diseños primitivos de relojes de agua. De hecho, aunque las fechas más antiguas son menos seguras, algunos autores afirman que los relojes de agua aparecieron en China ya a partir del 4000 a. C.
Diseños Un reloj de agua utiliza el flujo de agua para medir el tiempo. Si se deja de lado la viscosidad, el principio físico necesario para estudiar estos relojes es la ley de Torricelli. Hay dos tipos de relojes de agua: de entrada y de salida. En un reloj de agua de salida, un contenedor se llena de agua y el agua se drena lentamente y uniformemente del contenedor. Este contenedor tiene marcas que se utilizan para mostrar el paso del tiempo. Cuando el agua sale del contenedor, un observador puede ver donde el agua está a nivel de las líneas y decir cuánto tiempo ha pasado.
Un reloj de agua de entrada funciona básicamente de la misma manera, excepto que en lugar de salir del contenedor, el agua llena el contenedor marcado. Cuando el contenedor se llena, el observador puede ver donde el agua se encuentra con las líneas y decir cuánto tiempo ha pasado. Algunos relojes modernos denominan "relojes de agua", pero funcionan de manera diferente de los antiguos. Su cronometraje se rige por un péndulo, pero utilizan agua para otros propósitos, tales como proporcionar la potencia necesaria para conducir el reloj mediante una rueda hidráulica o algo similar, o para usar agua para mostrar la hora.
Los griegos y los romanos avanzaron el diseño del reloj de agua en inventar la clepsydra de entrada con un sistema de retroalimentación primitivo, un engranaje y un mecanismo de escape, que estaban conectados a autómatas fantásticos y daban como resultado una precisión mejorada. Se hicieron otros avances en Bizancio, Siria y Mesopotamia, donde los relojes de agua cada vez más precisos incorporaban complejos engranajes segmentarios y epicíclics, ruedas hidráulicas y programabilidad, avances que finalmente se dirigieron a Europa . Independientemente, los chinos desarrollaron sus propios relojes de agua avanzados, que incorporaban engranajes, mecanismos de escape y ruedas de agua, transmitiendo sus ideas a Corea y Japón.
Algunos diseños de relojes de agua se desarrollaron de forma independiente y algunos conocimientos se transfirieron mediante la difusión del comercio. Estos primeros relojes de agua se calibraron con un reloj de sol. Aunque nunca alcanzó un nivel de precisión comparable a los estándares actuales de cronometraje, el reloj de agua fue el dispositivo de cronometraje más preciso y utilizado durante milenios, hasta que fue sustituido por relojes de péndulo más precisos a la Europa del .
Áreas de desarrollo miniaturadeimagen| Fragmento de un reloj de agua de basalto, con marcadores de tiempo de evaporación en el interior como puntos a Djed y que eran jeroglíficos. Época final, 30ª dinastía. De Egipto. El Petrie Museum of Egyptian Archaeology, Londres
Egipto El reloj de agua más antiguo del que hay pruebas físicas fecha del c. 1417-1379 aC, durante el reinado de Amenofis III, y se utilizó en el templo de Amen-Re en Karnak. La documentación más antigua del reloj de agua es la inscripción de la tumba del funcionario de la corte egipcia del Amenemhet, que se identifica como su inventor.
Estos relojes de agua simples, que eran del tipo de salida, eran vasos de piedra con los lados inclinados que permitían que el agua gotee a una velocidad casi constante desde un pequeño agujero cercano al fondo. Había doce columnas separadas con marcas espaciadas constantemente en el interior para medir el paso de las "horas" a medida que el nivel del agua llegaba.
Las columnas eran para cada uno de los doce meses para permitir las variaciones de las horas estacionales. Estos relojes eran utilizados por los sacerdotes para determinar la hora nocturna de modo que los ritos y sacrificios del templo se pudieran realizar a la hora correcta. Estos relojes también se podían haber utilizado a la luz del día.
Babilonia Tablilla de arcilla Cálculos del reloj de agua de Nabû-apla-iddina. tamaño H: 8,2 cm (3,2 pulgadas) W: 11,8 cm (4,6 pulgadas) D: 2,5 cm (0,98 pulgadas) escritura cuneiforme, acadio creada 600BC-500BC ubicación actual Sala 55, Museo Británico identificación 29371 En Babilonia, los relojes de agua eran del tipo de salida y tenían una forma cilíndrica. El uso del reloj de agua como ayuda para los cálculos astronómicos se remonta a la época vieja babilónica (hacia el 2000 - hacia el 1600 aC). Aunque no hay relojes de agua de la región mesopotámica que hayan sobrevivido, la mayoría de las pruebas de su existencia provienen de escritos sobre tablillas de arcilla . Dos colecciones de tabletas, por ejemplo, son el Enuma-Anu-Enlil (1600-1200 aC) y el MUL. Apini (). En estas tabletas, se utilizan relojes de agua en referencia al pago de las guardias de noche y de día ().
Estos relojes eran únicos, ya que no tenían ningún tipo de indicador ni las agujas (como se utilizan habitualmente hoy en día) ni las muescas ranuradas (como se utilizaban en Egipto). En lugar de eso, estos relojes medían el tiempo "por el peso del agua que fluía". El volumen medía en unidades de capacidad llamadas qa. El peso, manda (la unidad griega de aproximadamente una libra), es la unidad de peso del agua de un reloj de agua.
En la época de Babilonia, el tiempo se medía con horas temporales. Así, a medida que las estaciones cambiaban, también cambió la duración del día. "Para definir la duración de un" reloj nocturno "en el solsticio de verano, se debía verter dos mandas de agua en una clepsidra cilíndrica; su vaciado indicaba el final del reloj. Había que añadir una sexta parte de manda cada medio mes sucesivo. En el equinoccio, se tuvieron que vaciar tres encargos para corresponder a un reloj y se vaciaron cuatro encargos por cada reloj de la noche solsticial de invierno ".
India Según N. Kameswara Rao, las ollas excavadas en el yacimiento de la valle del Indo de Mohenjo-daro (hacia el 2500 aC) se podrían haber utilizado como relojes de agua. Están afiladas por la parte inferior, tienen un agujero lateral y son similares al utensilios que se utiliza para hacer Abhisek (vertido de agua ritual) a lingams . N. Narahari Achar y Subhash Kak sugieren que el uso del reloj de agua a la antigua India se menciona al Atharvaveda desde el 2º milenio a. C.
La escuela Jyotisha, una de las seis disciplinas Vedanga, describe relojes de agua llamados ghats o Kapala que miden el tiempo en unidades de nadika (unos 24 minutos). Al Surya Siddhanta () menciona una clepsidra en forma de vaso de cobre flotante y que se hunde."A copper vessel (in the shape of the lower half of the water jar) which has a small hole in its bottom and being placed upon clean water in a basin sinks exactly 60 times in a day and at night." – Chapter 13, verse 23 of the Sürya Siddhānta. A Nalanda, una universidad budista, se medían intervalos de cuatro horas mediante un reloj de agua, que consistía en un tazón de cobre similar que contenía dos flotadores grandes en un bol más grande lleno de agua. El cuenco se llenaba de agua por un pequeño agujero en el fondo y s'enfonsarva cuando estaba completamente lleno, marcando las horas con un tambor durante el día. La cantidad de agua con que se llenaba variaba según las estaciones del año, y el reloj el manejaban los estudiantes de la universidad.
Las descripciones de relojes de agua similares también se dan en la Pañca Siddhāntikā por polímata Varāhamihira (), que añade más detalles al relato que aparece en el Surya Siddhanta. Se describen otras descripciones al Brāhmasphuṭa Siddhanta, del matemático Brahmagupta (). Una descripción detallada con medidas también fue registrada por el astrónomo Lalla (), que describe el Ghat como un vaso de cobre semiesférico con un agujero en el fondo que se llenaba completamente Transcurrido un nadika.
China miniaturadeimagen| El mecanismo accionado por agua de la torre del reloj astronómico de Su Song, que incluye un tanque de reloj de agua, rueda hidráulica, mecanismo de escape y accionamiento de cadena para alimentar una esfera armilar y 113 piezas impactantes para hacer sonar las horas y mostrar placas informativas. A la antigua China, así como todo el Asia oriental, los relojes de agua eran muy importantes en el estudio de la astronomía y la astrología . La referencia escrita más antigua data del uso del reloj de agua en China en el . A partir del 200 aC en adelante, la clepsidra de salida fue sustituida casi en todas partes en China por el tipo de entrada con una varilla indicadora portada sobre un flotador.
El filósofo y político de la dinastía Han, Huan Tan (40 aC - 30 dC), secretario del tribunal encargado de los relojes de agua, escribió que debía comparar los relojes de agua con los relojes de sol debido a como la temperatura y la humedad afectaban a su precisión, demostrando que los efectos que en ese momento se conocían la evaporación, así como la temperatura de la velocidad a la que fluye el agua.
El líquido de los relojes de agua se podía congelar y debía mantener caliente mediante antorchas, un problema que fue resuelto el 976 por el astrónomo e ingeniero chino Zhang Sixun . Su invento -una considerable mejora del reloj de Yi Xing- utilizaba mercurio en lugar de agua. El mercurio es un líquido a temperatura ambiente y se congela a inferior a cualquier temperatura del aire que normalmente se encuentra en la Tierra. De nuevo, en lugar de utilizar agua, el ingeniero Zhan Xiyuan de la dinastía Ming (c. 1360 hasta 1380) creó un reloj de ruedas impulsado por arena, mejorado por Zhou Shuxue (c. 1530 -1558).
El uso de los relojes de agua para impulsar mecanismos que ilustraran fenómenos astronómicos comenzó con el poliamata de la dinastía Han Zhang Heng (78-139) el 117, que también empleó una noria . Zhang Heng fue el primero en China a añadir un depósito de compensación adicional entre el depósito y el vaso de entrada, lo que resolvió el problema de la presión de caída en la cabecera del depósito. El ingenio de Zhang condujo a la creación por parte del matemático e ingeniero de la dinastía Tang Yi Xing (683-727) y Liang Lingzan el 725 de un reloj impulsado por un mecanismo hidráulico con escape de rueda.
El mismo mecanismo sería utilizado por el poliamata Su Song de la dinastía Song (1020-1101) el 1088 para alimentar su torre astronómica del reloj, así como una cadena . La torre del reloj de Su Song altura, poseía una esfera armilar motorizada de bronce para observaciones, un globo celeste que gira automáticamente y cinco paneles frontales con puertas que permitían la visualización de maniquíes cambiantes que tocaban campanas o gongs y contenía tabletas que indicaban las horas especiales del día. Desde el año 2000, en la torre del tambor de Pekín, hay un reloj de agua tipo salida operativo que se muestra a los turistas. Se conecta a los autómatas de manera que cada cuarto de hora una pequeña estatua de latón de un hombre hace sonar un platillo.