Původně je clepsydra vodním nástrojem, který umožňuje definovat dobu trvání události, například dobu trvání řeči. Doba trvání události je omezena na čas vyprázdnění nádoby obsahující vodu, která protéká malým otvorem. V oratorních a soudních oblastech musí mluvčí přestat mluvit, když se kontejner vyprázdní. Doba trvání vizualizovaná tímto způsobem je nezávislá na pravidelném průtoku kapaliny; kontejner může mít jakýkoli tvar. Přístroj proto není hydraulickým časem .
Slovo clepsydra pochází z řečtiny κλεψύδρα (klepsúdra), kterou převzala latinská clepsydra .
Toto jméno je tvořeno z řeckých prvků κλέπτειν (kléptein), „létat“ a ὕδωρ (húdôr), „voda“.
Je spojován se dvěma řeckými zdroji:
Nejstarší známá vodní clepsydra byla objevena v Karnaku v roce 1904. Od doby vlády Amenophise III , kolem roku 1400 , je nyní vystavena v Egyptském muzeu v Káhiře . Skládá se z jednoduché kónické mísy opatřené otvorem na základně, který slouží k proudění vody. Čas byl měřen na čitelných stupních uvnitř misky. Odhaduje se, že první clepsydra byly vytvořeny v Egyptě kolem -1600 . Tento typ clepsydry s jednou náplní vody nabízel přesnost kolem 5 až 10 minut .
Princip clepsydry využívali také indiáni .
Byli to Řekové, kdo zlepšil přesnost clepsydry kolem roku 270 před naším letopočtem. AD Díky nižší hladině vody se snížil tlak na výstupu z mísy a proudil s ní. To způsobilo ztrátu přesnosti. Egypťané to napravili tím, že misky odpovídajícím způsobem odstupňovali podle úrovně. Oni také používají kuželovitě tvarované misky , zmírnit problém s tlakem. Přesnost však stále nebyla dost dobrá. Pro zachování přesnosti musí být výstupní průtok konstantní. Byly vynalezeny několik technických řešení: řecký vynálezce Ctesibios představoval systému pomocí principu o spojené nádoby a ventil, k dispozici je také metoda spočívající v postupném snižování povrchu vodní hodiny (v obrácené pyramidy například), že mají konstantní profil toku, třetí metodou je použití vázy Mariotte. Tyto metody umožňují získat konstantní průtok a tím zvýšit přesnost těchto vodních hodin.
Nejpokročilejší clepsydra byly ty, které vyrobili Peršané a Číňané . V roce 807 se kalif z Bagdádu Haroun ar-Rašíd nabídl Charlemagne nastavení clepsydra v pohybu automatů. Tento druh clepsydry byl spíše dekorativní než utilitární. A v 1088 , inženýr Su Song měl clepsydra přes 10 metrů vysoko postavených v Kaifeng , Čína .
Clepsydra byla použita k měření krátkých období, například:
Clepsydra se také používala k měření času, když byla tma, nebo když povětrnostní podmínky neumožňovaly použití slunečních hodin.
Clepsydra funguje na stejném principu jako přesýpací hodiny . Je to tok určitého množství vody, který fixuje uplynulý čas.
První vodní hodiny přicházejí ve formě mísy s otvorem v nejnižším bodě, který umožňuje průtok vody. Uplynulý čas se určuje pomocí stupnic uvnitř misky. Rovnice clepsydra používá klasickou mechaniku tekutin a konkrétněji Torricelliho vzorec .
Problém je v tom, že když se mísa vyprázdní, průtok se sníží, což vyplývá z poměrně jednoduchého jevu. Tlak generovaný výšce vody klesá současně jako kontejner vyprázdní. Množství vody protékající za stejné období se proto liší, když je mísa plná a když je téměř prázdná, což způsobuje problémy s přesností. Egypťané to částečně napravili použitím kuželovitých mís a odpovídajícím způsobem změnili odstupňování.
Tento problém v stálosti toku je způsoben skutečností, že tlak vody na dně mísy klesá, což přímo souvisí s výškou nad ní ležící vody. K udržení stejného tlaku měl Ctesibios myšlenku udržovat hladinu vody na konstantní hodnotě. K tomu použil tři tanky (A, B a C). Nádrž A obsahuje velké množství vody a jejím účelem je vždy dodávat vodu do nádrže B. Hladina B je udržována díky otvoru v jeho horní části, který je odpovědný za vypouštění přepadu vody (je to ventil). Voda v B normálně protéká malým otvorem ve své základně. Průtok tímto otvorem je konstantní, protože hladina vody v B se nemění, tlak na výstupu proto také zůstává konstantní. Voda z B protékající otvorem v základně jde do nádrže C, která je odměrná. Uplynulý čas je určen sledováním úrovně naplnění C.
Navzdory tomuto pozoruhodnému zlepšení zůstávají takové hodiny nepřesné. Měřenou dobu trvání může ovlivnit několik faktorů, například:
Výroba clepsydry navíc vyžaduje velkou přesnost, zejména při výrobě nádrže.