Relógio de água - Water clock

Uma exibição de dois relógios de vazão de água do Ancient Agora Museum em Atenas. O topo é um original do final do século V AC. O fundo é uma reconstrução de um original em argila.

Um relógio de água ou clepsidra ( grego κλεψύδρα de κλέπτειν kleptein , 'roubar'; ὕδωρ hydor , 'água') é qualquer relógio pelo qual o tempo é medido pelo fluxo regulado de líquido para dentro (tipo de entrada) ou de (tipo de saída) um vaso, e onde a quantidade é então medida.

Os relógios de água são um dos mais antigos instrumentos de medição do tempo. O fluxo em forma de tigela é a forma mais simples de um relógio de água e é conhecido por ter existido na Babilônia , Egito e Pérsia por volta do século 16 aC. Outras regiões do mundo, incluindo Índia e China, também têm evidências anteriores de relógios de água, mas as datas mais antigas são menos certas. Alguns autores, no entanto, afirmam que os relógios de água apareceram na China já em 4000 aC.

Desenhos

Um relógio de água usa o fluxo de água para medir o tempo. Se a viscosidade for desprezada, o princípio físico necessário para estudar esses relógios é a lei de Torricelli . Existem dois tipos de relógios de água: entrada e saída. Em um relógio de vazão de água, um recipiente é enchido com água, e a água é drenada lenta e uniformemente para fora do recipiente. Este contêiner possui marcações que são utilizadas para indicar a passagem do tempo. Conforme a água sai do recipiente, um observador pode ver onde a água está no nível das linhas e dizer quanto tempo se passou. Um relógio de entrada de água funciona basicamente da mesma maneira, exceto que em vez de fluir para fora do recipiente, a água está enchendo o recipiente marcado. Conforme o recipiente se enche, o observador pode ver onde a água encontra as linhas e dizer quanto tempo se passou. Alguns relógios modernos são chamados de "relógios de água", mas funcionam de maneira diferente dos antigos. Sua cronometragem é governada por um pêndulo , mas eles usam a água para outros fins, como fornecer a energia necessária para acionar o relógio usando uma roda d'água ou algo semelhante, ou tendo água em seus monitores.

Os gregos e romanos desenvolveram o design do relógio de água para incluir a clepsidra de entrada com um sistema de feedback, engrenagens e mecanismo de escape , que foram conectados a autômatos fantásticos e resultaram em uma precisão aprimorada. Outros avanços foram feitos em Bizâncio , Síria e Mesopotâmia, onde relógios de água cada vez mais precisos incorporavam engrenagens segmentais e epicíclicas complexas , rodas d'água e programabilidade , avanços que finalmente chegaram à Europa . De forma independente, os chineses desenvolveram seus próprios relógios de água avançados, incorporando engrenagens, mecanismos de escape e rodas d'água, passando suas idéias para a Coréia e o Japão .

Alguns projetos de relógios de água foram desenvolvidos independentemente e algum conhecimento foi transferido por meio da disseminação do comércio. Esses primeiros relógios de água foram calibrados com um relógio de sol . Embora nunca tenha atingido um nível de precisão comparável aos padrões atuais de cronometragem, o relógio de água foi o dispositivo de cronometragem mais preciso e comumente usado por milênios, até que foi substituído por relógios de pêndulo mais precisos na Europa do século 17.

Usando um relógio de água para vencer uma folha de ouro em Mandalay ( Mianmar ).

Desenvolvimento Regional

Egito

Fragmento de um basalto água-relógio, com marcadores de tempo de evaporação no interior como pontos sobre djed e foi hieróglifos. Período final, 30ª Dinastia. Do Egito. O Museu Petrie de Arqueologia Egípcia , Londres

O relógio de água mais antigo de que há evidências físicas data de c. 1417–1379 AC, durante o reinado de Amenhotep III, onde foi usado no Templo de Amen-Re em Karnak. A documentação mais antiga do relógio de água é a inscrição na tumba de Amenemhet, oficial da corte egípcia do século 16 aC, que o identifica como seu inventor. Esses relógios de água simples, que eram do tipo de saída, eram vasos de pedra com lados inclinados que permitiam que a água gotejasse a uma taxa quase constante de um pequeno orifício próximo ao fundo. Havia doze colunas separadas com marcações espaçadas consistentemente no interior para medir a passagem das "horas" conforme o nível da água os atingia. As colunas eram para cada um dos doze meses para permitir as variações das horas sazonais. Esses relógios eram usados ​​pelos sacerdotes para determinar a hora da noite para que os ritos e sacrifícios do templo pudessem ser realizados na hora certa. Esses relógios também podem ter sido usados ​​à luz do dia.

Babilônia

Bloco de argila
Water clock tablet.jpg
Cálculos do relógio de água por Nabû-apla-iddina.
Tamanho H: 8,2 cm (3,2 pol.)
W: 11,8 cm (4,6 pol.)
D: 2,5 cm (0,98 pol.)
Escrita cuneiforme , acadiano
Criada 600BC-500BC
Localização actual Sala 55, Museu Britânico
Identificação 29371

Na Babilônia, os relógios de água eram do tipo vazão e tinham formato cilíndrico. O uso do relógio de água como auxílio para cálculos astronômicos remonta ao período da Antiga Babilônia ( c. 2000 - c. 1600 aC). Embora não existam relógios de água sobreviventes na região da Mesopotâmia, a maioria das evidências de sua existência vem de escritos em tabuletas de argila . Duas coleções de tabuinhas, por exemplo, são o Enuma-Anu-Enlil (1600–1200 aC) e o MUL.APIN (século 7 aC). Nessas tabuinhas, relógios de água são usados ​​em referência ao pagamento das vigílias diurnas e noturnas (guardas).

Esses relógios eram únicos, pois não tinham um indicador como ponteiros (como são normalmente usados ​​hoje) ou entalhes ranhurados (como eram usados ​​no Egito). Em vez disso, esses relógios mediam o tempo "pelo peso da água fluindo" dele. O volume foi medido em unidades de capacidade chamadas qa . O peso, mana (a unidade grega para cerca de uma libra), é o peso da água em um relógio de água.

Na época da Babilônia, o tempo era medido com horas temporais. Assim, à medida que as estações mudavam, também mudava a duração de um dia. "Para definir a duração de uma 'vigília noturna' no solstício de verão, era necessário derramar dois manas de água em uma clepsidra cilíndrica; seu esvaziamento indicava o fim da vigília. Um sexto de mana tinha que ser adicionado a cada metade seguinte -mês. No equinócio, três manas tiveram que ser esvaziados para corresponder a uma vigília, e quatro manas foram esvaziados para cada vigília da noite solsticial de inverno. "

Índia

De acordo com N. Kameswara Rao, potes escavados no vale do Indo, local de Mohenjo-daro (por volta de 2500 aC), podem ter sido usados ​​como relógios de água. Eles são afilados na parte inferior, têm um orifício na lateral e são semelhantes ao utensílio usado para realizar abhiṣeka (ritual de derramamento de água) em lingams . N. Narahari Achar e Subhash Kak sugerem que o uso do relógio de água na Índia antiga é mencionado no Atharvaveda do segundo milênio AC.

A escola Jyotisha , uma das seis disciplinas Vedanga , descreve relógios de água chamados ghati ou kapala que medem o tempo em unidades de nadika (cerca de 24 minutos). Uma clepsidra na forma de um navio de cobre flutuante e afundando é mencionada no Sürya Siddhānta (século V DC). Em Nalanda , uma universidade budista , intervalos de quatro horas eram medidos por um relógio de água, que consistia em uma tigela de cobre semelhante segurando dois grandes flutuadores em uma tigela maior cheia de água. A tigela foi enchida com água de um pequeno orifício no fundo; afundava quando estava completamente cheio e era marcado pelo bater de um tambor durante o dia. A quantidade de água adicionada variava com as estações do ano, e o relógio era operado por alunos da universidade.

Descrições de relógios de água semelhantes também são fornecidas no Pañca Siddhāntikā pelo polímata Varāhamihira (século 6 DC), que adiciona mais detalhes ao relato dado no Sürya Siddhānta . Outras descrições são registradas no Brāhmasphuṭa Siddhānta , pelo matemático Brahmagupta ( Século 7 DC). Uma descrição detalhada com medições também é registrada pelo astrônomo Lalla (século 8 DC), que descreve o ghati como um vaso hemisférico de cobre com um orifício que é totalmente preenchido após um nadika .

China

O mecanismo movido a água da torre do relógio astronômico de Su Song , com um tanque de clepsidra, roda d' água , mecanismo de escape e acionamento por corrente para alimentar uma esfera armilar e 113 marcantes tomadas de relógio para soar as horas e exibir placas informativas

Na China antiga , assim como em todo o Leste Asiático, os relógios de água eram muito importantes no estudo da astronomia e da astrologia . A referência escrita mais antiga data o uso do relógio de água na China no século 6 aC. De cerca de 200 aC em diante, a clepsidra de saída foi substituída quase em toda a China pelo tipo de entrada com uma haste indicadora apoiada em um flutuador. O filósofo e político da dinastia Han Huan Tan (40 aC - 30 dC), secretário da Corte encarregado das clepsidras, escreveu que precisava comparar as clepsidras com relógios de sol por causa de como a temperatura e a umidade afetavam sua precisão, demonstrando que os efeitos de a evaporação, bem como a temperatura e a velocidade com que a água flui, eram conhecidas nessa época. O líquido nos relógios de água estava sujeito a congelar e precisava ser aquecido com tochas, problema que foi resolvido em 976 pelo astrônomo e engenheiro chinês Zhang Sixun . Sua invenção - uma melhoria considerável no relógio de Yi Xing - usava mercúrio em vez de água. O mercúrio é um líquido à temperatura ambiente e congela a −38,9 ° C (−38,0 ° F), temperatura mais baixa do que qualquer temperatura do ar normalmente encontrada na Terra. Novamente, em vez de usar água, o engenheiro do início da Dinastia Ming Zhan Xiyuan (c. 1360–1380) criou um relógio de roda movido a areia, aprimorado por Zhou Shuxue (c. 1530–1558).

O uso de clepsidra para impulsionar mecanismos que ilustram fenômenos astronômicos começou com o polímata da Dinastia Han Zhang Heng (78-139) em 117, que também empregou uma roda d'água . Zhang Heng foi o primeiro na China a adicionar um tanque de compensação extra entre o reservatório e o vaso de influxo, o que resolveu o problema da queda de pressão no tanque reservatório. A engenhosidade de Zhang levou à criação pelo matemático e engenheiro Yi Xing da dinastia Tang (683-727) e Liang Lingzan em 725 de um relógio movido por um mecanismo de escape de ligação de roda d'água . O mesmo mecanismo seria usado pelo polímata da dinastia Song Su Song (1020-1101) em 1088 para alimentar sua torre do relógio astronômico , bem como uma transmissão por corrente . A torre do relógio de Su Song , com mais de 30 pés (9,1 m) de altura, possuía uma esfera armilar de bronze movida a energia para observações, um globo celestial automaticamente giratório e cinco painéis frontais com portas que permitiam a visualização de manequins mutantes que tocavam sinos ou gongos e tabuletas que indicam a hora ou outras horas especiais do dia. Nos anos 2000, na Torre do Tambor de Pequim , uma clepsidra de fluxo está operacional e exibida para os turistas. Ele é conectado a autômatos de modo que a cada quarto de hora uma pequena estátua de bronze de um homem bate seus címbalos.

Pérsia

Relógio persa antigo

O uso de relógios de água no Irã , especialmente em Zibad e Gonabad , remonta a 500 AC. Mais tarde, eles também foram usados ​​para determinar os dias sagrados exatos das religiões pré-islâmicas, como o Nowruz , Chelah ou Yaldā - os dias e noites mais curtos, mais longos e de igual duração dos anos. Os relógios de água usados ​​no Irã eram uma das ferramentas antigas mais práticas para cronometrar o calendário anual. O relógio de água, ou Fenjaan , era o dispositivo de cronometragem mais preciso e comumente usado para calcular a quantidade ou o tempo que um fazendeiro deveria tirar água de um qanat ou poço para irrigação, até que fosse substituído por relógios atuais mais precisos. Os relógios de água persas eram uma ferramenta prática e útil para os acionistas do qanat calcularem por quanto tempo eles poderiam desviar água para sua fazenda. O qanat (Kariz) era a única fonte de água para agricultura e irrigação em áreas áridas, portanto, uma distribuição justa e justa era muito importante. Portanto, um idoso muito justo e inteligente foi eleito para ser o gerente do relógio de água chamado (Mir Aab), e pelo menos dois gerentes em tempo integral foram necessários para controlar e observar o número de fenjaans (horas) e anunciar o exato hora dos dias e noites do nascer ao pôr do sol, pois os acionistas geralmente eram divididos entre os proprietários dos dias e dos noturnos. O Fenjaan consistia em uma grande panela cheia de água e uma tigela com um pequeno orifício no centro. Quando a tigela ficava cheia de água, ela afundava na panela, e o gerente esvaziava a tigela e colocava-a novamente sobre a água da panela. Ele registrava o número de vezes que a tigela afundava colocando pequenas pedras em uma jarra. O local onde o relógio estava situado e seus gerentes eram conhecidos coletivamente como khaneh Fenjaan . Normalmente, esse seria o último andar de uma taverna, com janelas voltadas para oeste e leste para mostrar a hora do pôr-do-sol e do nascer do sol. O relógio de água Zibad Gonabad esteve em uso até 1965, quando foi substituído por relógios modernos.

Mundo greco-romano

Uma ilustração do início do século 19 da clepsidra de Ctesíbio (285–222 aC) do século 3 aC. O indicador de hora sobe conforme a água flui. Além disso, uma série de engrenagens giram um cilindro para corresponder às horas temporais.

A palavra " clepsidra " vem do grego e significa "ladrão de água". Os gregos avançaram consideravelmente o relógio da água, resolvendo o problema da diminuição do fluxo. Eles introduziram vários tipos de clepsidra de influxo, um dos quais incluía o mais antigo sistema de controle de feedback. Ctesibius inventou um sistema de indicador típico para relógios posteriores, como o dial e o ponteiro. O engenheiro romano Vitruvius descreveu os primeiros despertadores, trabalhando com gongos ou trombetas. Um relógio de água comumente usado era a clepsidra de fluxo simples. Este pequeno vaso de barro tinha um buraco na lateral perto da base. Tanto na época grega quanto na romana, esse tipo de clepsidra era usado nos tribunais para atribuir períodos de tempo aos falantes. Em casos importantes, como quando a vida de uma pessoa estava em jogo, ela era preenchida completamente, mas para casos menores, apenas parcialmente. Se o processo fosse interrompido por qualquer motivo, como para examinar documentos, o buraco na clepsidra era tapado com cera até que o orador pudesse retomar sua súplica.

Fonte da Clepsidra da acrópole ateniense

A nordeste da entrada da Acrópole de Atenas havia uma famosa fonte natural chamada Clepsidra. É mencionado por Aristófanes em Lysistrata (linhas 910–913) e outras fontes literárias antigas. Uma casa de fonte foi construída no local c. 470–460 AC; era de construção retangular simples, com pia e pátio pavimentado.

Clepsidra para manter o tempo

Alguns estudiosos suspeitam que a clepsidra pode ter sido usada como um cronômetro para impor um limite de tempo para visitas de clientes em bordéis atenienses . Um pouco mais tarde, no início do século III aC, o médico helenista Herophilos empregou uma clepsidra portátil em suas visitas domiciliares em Alexandria para medir os batimentos cardíacos de seus pacientes. Ao comparar a taxa por faixa etária com conjuntos de dados obtidos empiricamente, ele foi capaz de determinar a intensidade do transtorno.

Entre 270 aC e 500 dC, helenísticos ( Ctesibius , Herói de Alexandria , Arquimedes ) e relojoeiros e astrônomos romanos desenvolveram relógios de água mecanizados mais elaborados. A complexidade adicional visava regular o fluxo e fornecer exibições mais elaboradas da passagem do tempo. Por exemplo, alguns relógios de água tocavam sinos e gongos , enquanto outros abriam portas e janelas para mostrar estatuetas de pessoas, ou moviam ponteiros e mostradores. Alguns até exibiram modelos astrológicos do universo. O engenheiro Filo de Bizâncio, do século III aC, referiu-se em suas obras a relógios de água já equipados com um mecanismo de escape, o mais antigo conhecido de seu tipo.

A maior conquista da invenção da clepsidra durante este tempo, no entanto, foi por Ctesibius com sua incorporação de engrenagens e um indicador de mostrador para mostrar automaticamente a hora à medida que a duração dos dias mudava ao longo do ano, por causa da cronometragem temporal usada durante seu dia. Além disso, um astrônomo grego, Andronicus de Cyrrhus , supervisionou a construção de seu Horologion, conhecido hoje como a Torre dos Ventos , no mercado de Atenas (ou ágora ) na primeira metade do século I AC. Esta torre de relógio octogonal mostrou a estudiosos e compradores tanto relógios de sol quanto indicadores mecânicos de horas. Apresentava uma clepsidra mecanizada de 24 horas e indicadores dos oito ventos que deram o nome à torre, além de exibir as estações do ano e as datas e períodos astrológicos.

Mundo islâmico medieval

No mundo islâmico medieval (632-1280), o uso de relógios de água tem suas raízes em Arquimedes durante a ascensão de Alexandria no Egito e continua através de Bizâncio . Os relógios de água do engenheiro árabe Al-Jazari , no entanto, são considerados "muito além de tudo" que os precedeu. No tratado de 1206 de al-Jazari, ele descreve um de seus relógios de água, o relógio do elefante . O relógio registrava a passagem das horas temporais, o que significava que a taxa de fluxo tinha que ser alterada diariamente para coincidir com a duração irregular dos dias ao longo do ano. Para isso, o relógio contava com dois tanques, o tanque superior estava conectado aos mecanismos indicadores de tempo e o inferior conectado ao regulador de fluxo . Basicamente, ao raiar do dia, a torneira era aberta e a água fluía do tanque superior para o inferior por meio de um regulador flutuante que mantinha uma pressão constante no tanque receptor.

Relógio de castelo automático movido a água de Al-Jazari , século 12.

O mais sofisticado movido a água relógio astronômico era Al-Jazari do relógio castelo , considerado por alguns como sendo um dos primeiros exemplos de uma programável computador analógico , em 1206. Foi um dispositivo complexo que foi de cerca de 11 pés (3,4 m) de altura, e tinha várias funções junto com a cronometragem. Incluía uma exibição do zodíaco e das órbitas solar e lunar, e um ponteiro em forma de lua crescente que viajava pelo topo de um portal, movido por uma carroça oculta e fazendo com que portas automáticas abrissem, cada uma revelando um manequim, toda hora. Era possível reprogramar a duração do dia e da noite, a fim de levar em conta as mudanças de duração do dia e da noite ao longo do ano, e também apresentava cinco autômatos músicos que tocavam música automaticamente quando movidos por alavancas operadas por um eixo de comando oculto conectado para uma roda d'água. Outros componentes do relógio do castelo incluíam um reservatório principal com uma bóia, uma câmara de bóia e regulador de fluxo, placa e calha de válvula, duas polias, disco crescente exibindo o zodíaco e dois autômatos falcões jogando bolas em vasos.

Os primeiros relógios de água a empregar engrenagens segmentais e epicíclicas complexas foram inventados anteriormente pelo engenheiro árabe Ibn Khalaf al-Muradi na Península Ibérica islâmica c. 1000. Seus relógios de água eram movidos por rodas d'água , como também era o caso de vários relógios de água chineses no século XI. Relógios de água comparáveis ​​foram construídos em Damasco e Fez . Este último ( Dar al-Magana ) permanece até hoje e seu mecanismo foi reconstruído. O primeiro relógio europeu a empregar essas engrenagens complexas foi o relógio astronômico criado por Giovanni de Dondi em c. 1365. Como os chineses, os engenheiros árabes da época também desenvolveram um mecanismo de escape que usaram em alguns de seus relógios de água. O mecanismo de escape tinha a forma de um sistema de cabeça constante, enquanto flutuadores pesados ​​eram usados ​​como pesos.

Coréia

Um modelo em escala reduzida incompleto do relógio de água auto-impressionante de Jang Yeong-sil

Em 1434, durante a dinastia Choson (ou Joseon ), [[Jang Yeong-sil. . (também transcrito de várias maneiras Chang Yongsil ou Jang Young Sil) (장영실 em coreano), a Guarda do Palácio e mais tarde Engenheiro da Corte Principal, construiu o Jagyeongnu (relógio de água auto-impressionante ou clepsidra impressionante) para o Rei Sejong .

O que tornou o Jagyeongnu autoatravante (ou automático) foi o uso de mecanismos de macacos, pelos quais três figuras de madeira (macacos) golpearam objetos para sinalizar a hora. Essa inovação não exigia mais a dependência de trabalhadores humanos, conhecidos como "homens galo", para reabastecê-la constantemente.

A singularidade do relógio era sua capacidade de anunciar horários duplos automaticamente com sinais visuais e sonoros. Jang desenvolveu uma técnica de conversão de sinal que tornou possível medir o tempo analógico e anunciar o tempo digital simultaneamente, bem como separar os mecanismos de água dos mecanismos de golpe operados por bola. O dispositivo de conversão foi chamado de pangmok e foi colocado acima do vaso de fluxo que mede o tempo, o primeiro dispositivo desse tipo no mundo. Assim, o Striking Palace Clepsydra é o primeiro relógio de tempo duplo com engenharia hidromecânica na história da relojoaria.

Temperatura, viscosidade da água e precisão do relógio

Quando a viscosidade pode ser desprezada, a taxa de escoamento da água é governada pela lei de Torricelli , ou mais geralmente, pelo princípio de Bernoulli . A viscosidade dominará a taxa de vazão se a água escoar por um bico suficientemente longo e fino, conforme fornecido pela equação de Hagen-Poiseuille . Aproximadamente, a vazão para tal projeto é inversamente proporcional à viscosidade, que depende da temperatura . Os líquidos geralmente se tornam menos viscosos com o aumento da temperatura. No caso da água, a viscosidade varia por um fator de cerca de sete entre zero e 100 graus Celsius. Assim, um relógio de água com tal bico funcionaria cerca de sete vezes mais rápido a 100 ° C do que a 0 ° C. A água é cerca de 25 por cento mais viscosa a 20 ° C do que a 30 ° C, e uma variação de temperatura de um grau Celsius, nesta faixa de " temperatura ambiente ", produz uma mudança de viscosidade de cerca de dois por cento. Portanto, um relógio de água com um bico que marca o tempo em uma determinada temperatura ganharia ou perderia cerca de meia hora por dia se estivesse um grau Celsius mais quente ou mais frio. Para mantê-lo dentro de um minuto por dia, seria necessário que sua temperatura fosse controlada dentro de 130 ° C (cerca de 117 ° Fahrenheit). Não há evidências de que isso fosse feito na antiguidade, então relógios de água antigos com bocais suficientemente finos e longos (ao contrário do moderno controlado por pêndulo descrito acima) não podem ter sido confiavelmente precisos para os padrões modernos. No entanto, embora os relógios modernos possam não ser zerados por longos períodos, os relógios de água provavelmente eram zerados todos os dias, quando recarregados, com base em um relógio de sol, de modo que o erro cumulativo não teria sido grande.

Veja também

Notas

Bibliografia

links externos