Un reloj de agua o clepsidra (del griego antiguo κλεψύδρα ( klepsúdra ) ' pipeta , reloj de agua'; de κλέπτω ( kléptō ) 'robar' y ὕδωρ ( hydor ) 'agua'; iluminado. ' ladrón de agua ' ) es un reloj de cuyo tiempo se mide por el flujo regulado de líquido que entra (tipo de entrada) o sale de (tipo de salida) un recipiente, y dónde luego se puede medir la cantidad de líquido.
Los relojes de agua son uno de los instrumentos más antiguos para medir el tiempo. [1] La forma más simple de reloj de agua, con una salida en forma de cuenco, existió en Babilonia , Egipto y Persia alrededor del siglo XVI a.C. Otras regiones del mundo, incluidas India y China , también proporcionan evidencia temprana de relojes de agua, pero las fechas más tempranas son menos seguras. Los relojes de agua se utilizaban en la antigua Grecia y en la antigua Roma , como lo describen escritores técnicos como Ctesibius (fallecido en 222 a. C.) y Vitruvio (fallecido después del 15 a. C.).
Un reloj de agua utiliza el flujo de agua para medir el tiempo. Si se desprecia la viscosidad, el principio físico necesario para estudiar tales 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, se llena un recipiente con agua y el agua se drena lenta y uniformemente fuera del recipiente. Este contenedor tiene marcas que se utilizan para mostrar el paso del tiempo. A medida que el agua sale del recipiente, un observador puede ver dónde está el agua al 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 recipiente, el agua llena el recipiente marcado. A medida que el recipiente se llena, el observador puede ver dónde el agua se encuentra con las líneas y saber cuánto tiempo ha pasado. Algunos relojes modernos se llaman "relojes de agua" pero funcionan de manera diferente a los antiguos. Su cronometraje se rige por un péndulo , pero utilizan el agua para otros fines, como proporcionar la energía necesaria para mover el reloj mediante el uso de una rueda hidráulica o algo similar, o tener agua en sus indicadores. Un reloj de agua es uno de los instrumentos más antiguos e importantes. [ cita necesaria ]
Los griegos y romanos avanzaron en el diseño del reloj de agua para incluir la clepsidra de entrada con un antiguo sistema de retroalimentación, engranajes y mecanismo de escape , que se conectaron a extravagantes autómatas y dieron como resultado una precisión mejorada. Se realizaron más avances en Bizancio , Siria y Mesopotamia, donde relojes de agua cada vez más precisos incorporaron complejos engranajes epicicloidales y segmentarios , ruedas hidráulicas y programabilidad , avances que finalmente llegaron a Europa . De forma independiente, los chinos desarrollaron sus propios relojes de agua avanzados, incorporando engranajes, mecanismos de escape y ruedas hidráulicas, y transmitieron sus ideas a Corea y Japón . [ cita necesaria ]
Algunos diseños de relojes de agua se desarrollaron de forma independiente y parte del conocimiento se transfirió mediante la expansión del comercio. Estos primeros relojes de agua estaban calibrados con un reloj de sol . Si bien 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 comúnmente utilizado durante milenios, hasta que fue reemplazado por relojes de péndulo más precisos en la Europa del siglo XVII. [ cita necesaria ]
El reloj de agua más antiguo del que existe evidencia física data de c. 1417-1379 a. C., durante el reinado de Amenhotep III, donde se utilizó en el templo de Amen-Re en Karnak. [2] La documentación más antigua sobre el reloj de agua es la inscripción de la tumba del funcionario de la corte egipcia Amenemhet del siglo XVI a. C., que lo identifica como su inventor. [2] [3] Estos simples relojes de agua, que eran del tipo de flujo de salida, eran vasijas de piedra con lados inclinados que permitían que el agua goteara a un ritmo casi constante desde un pequeño orificio cerca del fondo. Había doce columnas separadas con marcas espaciadas consistentemente en el interior para medir el paso de las "horas" a medida que el nivel del agua las alcanzaba. 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 de la noche para que los ritos y sacrificios del templo pudieran realizarse a la hora correcta. [4] Es posible que estos relojes también se hayan utilizado durante el día. [ cita necesaria ]
En Babilonia, los relojes de agua eran del tipo de salida y tenían forma cilíndrica. El uso del reloj de agua como ayuda para los cálculos astronómicos se remonta al período de la antigua Babilonia ( c. 2000 – c. 1600 a. C.). [5] Si bien no se conservan relojes de agua de la región mesopotámica, la mayor parte de la evidencia de su existencia proviene de escritos en tablillas de arcilla . Dos colecciones de tablillas, por ejemplo, son la Enuma Anu Enlil (1600-1200 a. C.) y la MUL.APIN (siglo VII a. C.). [6] En estas tablillas, los relojes de agua se utilizan en referencia al pago de las guardias nocturnas y diurnas (guardias). [7]
Estos relojes eran únicos, ya que no tenían indicadores como agujas (como se usan típicamente hoy en día) ni muescas ranuradas (como se usaban en Egipto). En cambio, estos relojes medían el tiempo "por el peso del agua que fluía de él". [8] El volumen se midió en unidades de capacidad llamadas qa . El peso, mana o mina (la unidad griega de aproximadamente una libra), es el peso del agua en un reloj de agua. [ cita necesaria ]
En la época babilónica, el tiempo se medía con horas temporales. Así, a medida que cambiaban las estaciones, también cambiaba la duración del día. "Para definir la duración de una 'vigilia nocturna' en el solsticio de verano, había que verter dos manás de agua en una clepsidra cilíndrica; su vaciado indicaba el final de la guardia. Había que añadir un sexto de maná en cada mitad sucesiva -mes. En el equinoccio, se debían vaciar tres maná para corresponder a una vigilia, y se vaciaban cuatro maná por cada vigilia de la noche solsticial de invierno. [8]
N. Narahari Achar y Subhash Kak sugieren que los relojes de agua se utilizaban en la antigua India ya en el segundo milenio antes de Cristo, basándose en su aparición en el Atharvaveda . [9] [10] Según N. Kameswara Rao, las vasijas excavadas en el sitio de Mohenjo-daro en el valle del Indo en Pakistán pueden haber sido utilizadas como relojes de agua. Son ahusados en la parte inferior, tienen un agujero en el costado y son similares al utensilio utilizado para realizar abhiṣeka (verter agua ritual) en los lingams . [11]
La escuela Jyotisha , una de las seis disciplinas vedanga , describe relojes de agua llamados ghati o kapala que miden el tiempo en unidades de nadika (alrededor de 24 minutos). En el Sürya Siddhānta (siglo V d. C.) se menciona una clepsidra en forma de vasija de cobre que flota y se hunde . [12] En Nalanda , una universidad budista , se midieron intervalos de cuatro horas mediante un reloj de agua, que consistía en un cuenco de cobre similar que sostenía dos grandes flotadores en un cuenco más grande lleno de agua. El cuenco se llenaba con agua por un pequeño agujero en el fondo; se hundía cuando estaba completamente lleno y estaba marcado por el golpe de un tambor durante el día. La cantidad de agua añadida variaba según las estaciones y el reloj lo hacían funcionar los estudiantes de la universidad. [13]
En el Pañca Siddhāntikā también se dan descripciones de relojes de agua similares por parte del erudito Varāhamihira (siglo VI d.C.), lo que añade más detalles al relato dado en el Sürya Siddhānta . [ cita completa necesaria ] Se registran más descripciones en el Brāhmasphuṭa Siddhānta , del matemático Brahmagupta (siglo VII d.C.). El astrónomo Lalla (siglo VIII d.C.) también registró una descripción detallada con medidas , quien describe el ghati como una vasija de cobre hemisférica con un agujero que se llena completamente después de una nadika . [14]
En la antigua China , así como en todo el este de Asia, los relojes de agua eran muy importantes en el estudio de la astronomía y la astrología . La referencia escrita más antigua data el uso del reloj de agua en China en el siglo VI a.C. [15] Desde aproximadamente el año 200 a. C. en adelante, la clepsidra de salida fue reemplazada en casi todas partes de China por la de entrada con una varilla indicadora sostenida por un flotador (llamado fou chien lou, 浮箭漏). [15] El filósofo y político de la dinastía Han, Huan Tan (40 a. C. - 30 d. C.), secretario de la corte a cargo de las clepsidras, escribió que tenía que comparar las clepsidras con los relojes de sol debido a cómo la temperatura y la humedad afectaban su precisión, demostrando que Los efectos de la evaporación, así como de la temperatura, sobre la velocidad a la que fluye el agua, eran conocidos en esta época. [16] El líquido de los relojes de agua podía congelarse y debía mantenerse caliente con antorchas, problema que fue resuelto en 976 por el astrónomo e ingeniero chino Zhang Sixun . Su invento, una mejora considerable con respecto al reloj de Yi Xing, utilizó mercurio en lugar de agua. El mercurio es un líquido a temperatura ambiente y se congela a -38,83 °C (-37,9 °F), más bajo que cualquier temperatura del aire común fuera de las regiones polares. [17] [18] Nuevamente, en lugar de usar agua, el ingeniero de principios de la dinastía Ming, Zhan Xiyuan (c. 1360-1380) creó un reloj de ruedas impulsado por arena, mejorado por Zhou Shuxue (c. 1530-1558). [19]
El uso de clepsidras para impulsar mecanismos que ilustran fenómenos astronómicos comenzó con el erudito de la dinastía Han Zhang Heng (78-139) en 117, quien también empleó una rueda hidráulica . [20] Zhang Heng fue el primero en China en agregar un tanque de compensación adicional entre el depósito y el recipiente de entrada, lo que resolvió el problema de la caída de presión en el tanque del depósito. [15] El ingenio de Zhang llevó a la creación por parte del matemático e ingeniero de la dinastía Tang Yi Xing (683–727) y Liang Lingzan en 725 de un reloj impulsado por un mecanismo de escape de enlace de rueda hidráulica . [21] El mismo mecanismo sería utilizado por el erudito de la dinastía Song Su Song (1020-1101) en 1088 para alimentar su torre de reloj astronómico , así como una transmisión por cadena . [22] La torre del reloj de Su Song , de más de 30 pies (9,1 m) de altura, poseía una esfera armilar de bronce impulsada por energía para observaciones, un globo celeste que giraba automáticamente y cinco paneles frontales con puertas que permitían ver maniquíes cambiantes que hacían sonar campanas o gongs y sostenían tablillas que indicaban la hora u otros momentos especiales del día. En la década de 2000, en la Torre del Tambor de Beijing está operativa una clepsidra de salida que se exhibe para los turistas. Está conectado a autómatas de modo que cada cuarto de hora una pequeña estatua de bronce de un hombre golpea sus címbalos. [23]
El uso de relojes de agua en Persia o el Gran Irán , especialmente en zonas desérticas de Irán como Yazd , Isfahán , Zibad y Gonabad , se remonta al año 500 a.C. [24] Más tarde también se utilizaron para determinar los días santos exactos de las religiones preislámicas como Nowruz ( equinoccio de marzo ), Noche de Chelleh ( equinoccio de septiembre ), Tirgan ( solsticio de verano ) y Noche de Yaldā ( solsticio de invierno ), la más corta, los días y las noches más largos e iguales de los años. Los relojes de agua utilizados en Irán eran una de las herramientas antiguas más prácticas para cronometrar el calendario anual. [25] [26] El reloj de agua era el dispositivo de cronometraje más preciso y comúnmente utilizado para calcular la cantidad o el tiempo que un agricultor debe tomar agua de un qanat o pozo para riego, hasta que fue reemplazado por relojes actuales más precisos. [27] [28] Los relojes de agua persas eran una herramienta práctica, útil y necesaria para que los accionistas del qanat calcularan el tiempo que podían desviar agua a sus granjas o jardines. El qanat era la única fuente de agua para la agricultura y el riego en una zona árida, por lo que una distribución justa del agua era muy importante. Por lo tanto, se eligió a una persona mayor muy justa e inteligente para ser el administrador del reloj de agua (llamado Mir Aab), y se necesitaban al menos dos administradores de tiempo completo para controlar y observar el número de Fenjans o Pengan (horas) y anunciar la hora exacta de los días y las noches desde el amanecer hasta el atardecer porque los accionistas generalmente se dividían en propietarios de día y propietarios de noche. [29] El Fenjaan consistía en una olla grande llena de agua y un cuenco con un pequeño agujero en el centro. Cuando el cuenco se llenaba de agua, se hundía en la olla, y el administrador vaciaba el cuenco y lo ponía nuevamente sobre el agua de la olla. Registraría el número de veces que el cuenco se hundió poniendo piedras pequeñas en un frasco. [29] El lugar donde estaba situado el reloj, y sus administradores, eran conocidos colectivamente como khaneh Fenjaan (casa del tiempo). Por lo general, este sería el último piso de una taberna, con ventanas orientadas al oeste y al este para mostrar la hora del atardecer y del amanecer. El reloj de agua Zibad Gonabad estuvo en uso hasta 1965 [26], cuando fue sustituido por relojes modernos. [25]
La palabra "clepsidra" proviene del griego y significa "ladrón de agua". [31] Los griegos hicieron avanzar considerablemente el reloj de agua al abordar el problema de la disminución del flujo. Introdujeron varios tipos de clepsidra de entrada, uno de los cuales incluía el primer sistema de control de retroalimentación. [32] Ctesibius inventó un sistema de indicadores típico de los relojes posteriores, como el dial y la aguja. [33] El ingeniero romano Vitruvio describió los primeros relojes de alarma que funcionaban con gongs o trompetas. [33] Un reloj de agua de uso común era la clepsidra de salida simple. Esta pequeña vasija de barro tenía un agujero en el costado cerca de la base. Tanto en la época griega como en la romana, este tipo de clepsidra se utilizaba en los tribunales para asignar períodos de tiempo a los oradores. En casos importantes, como cuando estaba en juego la vida de una persona, se cumplía por completo, pero en casos menores, sólo parcialmente. Si el procedimiento se interrumpía por cualquier motivo, como por ejemplo para examinar documentos, el agujero de la clepsidra se tapaba con cera hasta que el orador pudiera reanudar su alegato. [34]
Algunos estudiosos sospechan que la clepsidra pudo haber sido utilizada como cronómetro para imponer un límite de tiempo a las visitas de los clientes en los burdeles atenienses . [35] Un poco más tarde, a principios del siglo III a. C., el médico helenístico Herophilos empleó una clepsidra portátil en sus visitas domiciliarias en Alejandría para medir los latidos del pulso de sus pacientes. Al comparar la tasa por grupo de edad con conjuntos de datos obtenidos empíricamente, pudo determinar la intensidad del trastorno. [35]
Entre el 270 a. C. y el 500 d. C., los relojeros y astrónomos helenísticos ( Ctesibius , Héroe de Alejandría , Arquímedes ) y romanos desarrollaron relojes de agua mecanizados más elaborados. La complejidad añadida tenía como objetivo regular el flujo y proporcionar exhibiciones más elegantes del paso del tiempo. Por ejemplo, algunos relojes de agua hacían sonar campanas y gongs , mientras que otros abrían puertas y ventanas para mostrar figuras de personas, o movían agujas y diales. Algunos incluso mostraban modelos astrológicos del universo. El ingeniero Filón de Bizancio, del siglo III a. C., se refirió en sus obras a relojes de agua que ya estaban equipados con un mecanismo de escape, el más antiguo conocido de este tipo. [36]
El mayor logro de la invención de las clepsidras durante este tiempo, sin embargo, fue por Ctesibius con su incorporación de engranajes y un indicador de cuadrante para mostrar automáticamente la hora a medida que la duración de los días cambiaba a lo largo del año, debido al cronometraje temporal utilizado durante su día. Además, un astrónomo griego, Andrónico de Ciro , supervisó la construcción de su Reloj, conocido hoy como la Torre de los Vientos , en el mercado (o ágora ) de Atenas en la primera mitad del siglo I a.C. Esta torre de reloj octogonal mostró a eruditos y compradores relojes de sol e indicadores mecánicos de hora. Presentaba una clepsidra mecanizada de 24 horas e indicadores de los ocho vientos de los que la torre tomó su nombre, y mostraba las estaciones del año y fechas y períodos astrológicos. [ cita necesaria ]
En el mundo islámico medieval (632-1280), el uso de relojes de agua tiene sus raíces en Arquímedes durante el ascenso de Alejandría en Egipto y continúa hasta Bizancio . Sin embargo, a los relojes de agua del ingeniero árabe Al-Jazari se les atribuye el mérito de ir "mucho más allá de todo lo que los había precedido". En el tratado de 1206, al-Jazari describe uno de sus relojes de agua, el reloj de elefante . El reloj registraba el paso de las horas temporales, lo que significaba que el caudal debía modificarse diariamente para adaptarse a la duración desigual de los días a lo largo del año. Para lograr esto, el reloj tenía dos tanques, el tanque superior estaba conectado a los mecanismos indicadores de tiempo y el inferior estaba conectado al regulador de control de flujo . Básicamente, al amanecer, se abría el grifo y el agua fluía desde el tanque superior al tanque inferior a través de un regulador de flotador que mantenía una presión constante en el tanque receptor. [38]
El reloj astronómico impulsado por agua más sofisticado fue el reloj del castillo de Al-Jazari , considerado por algunos como un ejemplo temprano de computadora analógica programable , en 1206. [39] Era un dispositivo complejo que medía aproximadamente 11 pies (3,4 m). ) alto y tenía múltiples funciones además del cronometraje. Incluía una visualización del zodíaco y las órbitas solar y lunar, y un puntero en forma de luna creciente que recorría la parte superior de una puerta, movido por un carro oculto y provocando que se abrieran puertas automáticas, cada una de las cuales revelaba un maniquí. cada hora. [40] [41] Fue posible reprogramar la duración del día y la noche para tener en cuenta los cambios en la duración del día y la noche a lo largo del año, y también contó con cinco músicos autómatas que reproducen música automáticamente cuando se mueven con palancas. operado por un árbol de levas oculto unido a una rueda hidráulica. [39] Otros componentes del reloj del castillo incluían un depósito principal con un flotador, una cámara de flotador y regulador de flujo, un plato y una válvula, dos poleas, un disco creciente que muestra el zodíaco y dos autómatas de halcón que arrojaban bolas en jarrones. [42] [ fuente no confiable ]
Los primeros relojes de agua que emplearon engranajes epicicloidales y segmentarios complejos fueron inventados anteriormente por el ingeniero árabe Ibn Khalaf al-Muradi en la Iberia islámica c. 1000. Sus relojes de agua eran impulsados por ruedas hidráulicas , como también fue el caso de varios relojes de agua chinos en el siglo XI. [43] Se construyeron relojes de agua comparables en Damasco y Fez . Este último ( Dar al-Magana ) se conserva hasta hoy y su mecanismo ha sido reconstruido. El primer reloj europeo que empleó estos complejos engranajes fue el reloj astronómico creado por Giovanni de Dondi en c. 1365. Al igual que los chinos, los ingenieros árabes de la época también desarrollaron un mecanismo de escape que emplearon en algunos de sus relojes de agua. El mecanismo de escape tenía la forma de un sistema de cabeza constante, mientras que se utilizaban flotadores pesados como pesas. [43]
En 718, Silla Unificada estableció el sistema de clepsidra por primera vez en la historia de Corea, imitando a la dinastía Tang. [44] En 1434, durante el gobierno de Joseon , Jang Yeong-sil ( coreano : 시영실 ; Hanja : 蔣英實), guardia de palacio y más tarde ingeniero jefe de la corte, construyó el Jagyeongnu (reloj de agua automático o clepsidra sonora) para el rey Sejong .
Lo que hizo que el Jagyeongnu fuera automático (o automático) fue el uso de mecanismos de gato, mediante los cuales tres figuras de madera (gatos) golpeaban objetos para señalar la hora. Esta innovación ya no requería la dependencia de trabajadores humanos, conocidos como "hombres gallo", para reponerlo constantemente. [ cita necesaria ]
La singularidad del reloj era su capacidad de anunciar automáticamente la hora dual con señales visuales y audibles. [45] Jang desarrolló una técnica de conversión de señales que hizo posible medir el tiempo analógico y anunciar el tiempo digital simultáneamente, así como separar los mecanismos de agua de los mecanismos de golpe accionados por bolas. [46] El dispositivo de conversión se llamaba pangmok y se colocaba encima del recipiente de entrada que medía el tiempo, el primer dispositivo de este tipo en el mundo. [47] Por lo tanto, el Striking Palace Clepsydra es el primer reloj de doble horario diseñado hidromecánicamente en la historia de la relojería. [48] [49]
El emperador Tenji construyó el primer reloj de agua de Japón llamado Rokoku (漏刻) . Eran de gran importancia social y estaban dirigidos por los Doctores del Reloj de Agua
Cuando se puede despreciar la viscosidad, el caudal de salida del agua se rige por la ley de Torricelli o, más generalmente, por el principio de Bernoulli . La viscosidad dominará la tasa de flujo de salida si el agua fluye a través de una boquilla que es lo suficientemente larga y delgada, como lo indica la ecuación de Hagen-Poiseuille . [50] Aproximadamente, el caudal para dicho diseño es inversamente proporcional a la viscosidad, que depende de la temperatura . Los líquidos generalmente se vuelven menos viscosos a medida que aumenta la temperatura. En el caso del agua, la viscosidad varía aproximadamente siete veces entre cero y 100 grados centígrados. Así, un reloj de agua con una boquilla de este tipo funcionaría unas siete veces más rápido a 100 °C que a 0 °C. El agua es aproximadamente un 25 por ciento más viscosa a 20 °C que a 30 °C, y una variación de temperatura de un grado Celsius, en este rango de " temperatura ambiente ", produce un cambio de viscosidad de aproximadamente un dos por ciento. [51] Por lo tanto, un reloj de agua con una boquilla que mantiene la hora a una temperatura determinada ganaría o perdería aproximadamente media hora por día si fuera un grado Celsius más cálido o más frío. Para que mantenga el tiempo dentro de un minuto por día, sería necesario controlar su temperatura dentro de 1 ⁄ 30 °C (aproximadamente 1 ⁄ 17 °F). No hay evidencia de que esto se hiciera en la antigüedad, por lo que los relojes de agua antiguos con boquillas suficientemente delgadas y largas (a diferencia de los modernos controlados por péndulo descritos anteriormente) no pueden haber sido confiablemente precisos según los estándares modernos. Sin embargo, si bien es posible que los relojes modernos no se reinicien durante períodos prolongados, los relojes de agua probablemente se reiniciaban todos los días, cuando se rellenaban, basándose en un reloj de sol, por lo que el error acumulativo no habría sido grande. [ cita necesaria ]
Parece que dos artefactos de Mohenjo-daro y Harappa podrían corresponder a estos dos instrumentos. Joshi y Parpola (1987) enumeran algunas vasijas ahusadas en el fondo y con un agujero en el costado de las excavaciones en Mohenjadaro (Figura 3). Una olla con un pequeño agujero para drenar el agua es muy similar a las clepsidras descritas por Ohashi para medir el tiempo (similar al utensilio utilizado sobre el lingum en el templo de Shiva para el abhishekam).
Los griegos llamaron al reloj de agua "clepsidra" (KLEP-suh-druh), que significa "ladrón de agua".
