ساعة مائية

الساعة المائية أو البنكام عبارة عن أي أداة تقوم بقياس الوقت عن طريق تنظيم تدفق سائل معين إلى داخل جرة أو خارجها بحسب نوع الجريان.
الساعات المائية، بالإضافة إلى الساعات الشمسية، هما على الأرجح أقدم أدوات قياس الوقت، إذا ما استثنينا العقرب الرأسي وعصا الإحصاء لعدّ الأيام. إن زمان ومكان اختراع الساعتين غير معروفة، وقد يبقى غير معروفاً بسبب قدمها.الوعاء الذي تتدفق منه السوائل، هو من أبسط أشكال الساعات المائية، وقد وجدفي العديد من المناطق في العالم القديم، بما في ذلك الهند والصين والحضارة البابلية، فهناك أدلة على ظهور الساعات المائية لديها في وقت مبكر، ولكن صحة اليقين من التاربخ هي أقل. إلا أن بعض المؤلفين يكتبون بأن الساعات المائية ظهرت في الصين اعتبارا من 4000 سنة قبل الميلاد.
الإغريق والرومان ساهموا في تحسين تصميم الساعات المائية لتشمل الـ clepsydra التي تتدفق إليها السوائل بالإضافة إلى نظام التغذية الرّاجعة، والمسنّنات، وآلية ميزان الساعة، والتي كانت كلها موصولة إلى دمية ذات حركة آلية والتي أسفرت عن تحسين الدقة.تم تحقيق مزيد من التقدم في بيزنطة وبخاصة في العالم الإسلامي، حيث أُدرج للساعات المائية أجزاء معقدة ومسنّنات دائريّة وعجلات المياه بالإضافة إلى القابلية للبرمجة. كل هذ التطورات والتحسينات شقت طريقها في نهاية المطاف إلى أوروبا.وبشكل مستقل، طور الصينيون ساعات مائية متقدمة خاصة بهم، تتضمن مسنّنات وآليات تساعد على الحركة في إتجاه واحد، وعجلات مياه. ومرروا أفكارهم إلى كلًّ من كوريا واليابان.
تم وضع تصاميم الساعات المائية بشكل مستقل، وتم نقل تلك المعرفة من خلال انتشار التجارة.ولقد تم تعيير هذه الساعات المائية البدائية باستخدام الساعة الشمسيّة.وعلى الرغم من أن هذه الساعات المائية لم تصل إلى مستوى الدقة في ضبط الوقت كما هو الحال اليوم، إلا أنها كانت أكثر الأجهزة دقة واستخداماً في ضبط الوقت لآلاف السنين، حتى تم استبدالها بساعات بندولية أكثر دقة في أوروبا في القرن الثامن عشر.
أقدم ساعة مائية يوجد دليل مادي عليها يرجع إلى الفترة التاريخية 1417-1379 قبل الميلاد. في عهد أمنحتب الثالث حيث كانت تستخدم في معبد آمين رع في الكرنك. أقدم الوثائق المعروفة عن الساعة المائية هو نقش ضريح أمنمحات Amenemhet وقد كان مسؤولاً في حكمة مصرية في القرن السادس عشر ق.م، والذي يعرف عنه على أنه المخترع. هذه الساعات المائية البسيطة، والتي كانت من النوع الذي يتدفق إلى الخارج، كانت تتكون من أواني حجرية مع انحدار المياه من الجانبين بحيث سمح بالتنقيط بمعدل ثابت تقريباً من ثقب صغير بالقرب من القاع. كان هناك اثنا عشر عاموداً منفصلة مع علامات باستمرار متباعدة في الداخل لقياس مرور "الساعات" عندمايصل منسوب المياه إلى هذه الأعمدة.الأعمدة كانت لكل شهر من الأشهر الاثني عشر للسماح بالاختلافات الموسمية في الساعات. هذه الساعات كانت تستخدم من قبل الكهنة لتحديد الوقت في الليل حتى يتسنى لهم القيام بطقوس المعبد وتقديم التضحيات في الوقت الصحيح. قد تكون هذه الساعات قد استخدمت في وضح النهار أيضاً.
وكان اختراع الساعة المائية يعود بالأصل إلى اليوناني ستسيبياس Ctesibius.

بابل

في بابل، كانت الساعات المائية من النوع الذي يتدفق للخارج، وكانت اسطوانية الشكل. واستخدامت الساعة المائية كمساعدة على حساب التواريخ الفلكية، في الفترة البابلية القديمة (2000 ق.م - 1600 ق.م)
فإن معظم الأدلة على وجودها يأتي من كتابات على ألواح الطينية في حضارات ما بين النهريين من الاواح الطينية المتشفة في العراق وسوريا. مجموعتين من الألواح، على سبيل المثال، هي إنوما - أنو - إنليل [Enuma-Anu-Enlil ] في الفترة التاريخية (1600-1200 ق.م)، والمول.ابين MUL.APIN في القرن السابع قبل الميلاد. في هذه الألواح، الساعات المائية استخدمت للدفع لحراس الليل والنهار.
هذه الساعات كانت فريدة من نوعها، كما أنها لا تملك مؤشرا مثل اليدين (كما هو مستخدم اليوم) أو الشقوق المسننة. بدلا من ذلك، فإن هذه الساعات قاست الوقت "باستخدام ثقل المياه المتدفقة من" الساعة. وقد تم قياس الحجم باستخدام وحدة تسمى qa.والوزن، مانا mana (الوحدة اليونانية لنحو باوندواحد)، هو وزن الماء في الساعة المائية.
ومن المهم أن نلاحظ أنه خلال الفترة البابلية، كان الوقت يقاس باستخدام الساعات الزمانية. لذلك، مع تغير الفصول، كان طول اليوم يتغير. "لتحديد طول 'الحراسة الليلية' في انقلاب الشمس الصيفي، كان على الشخص أن يصب اثنين مانا من المياه إلى clepsydra[ساعة مائية] أسطواني، وفراغه يعني انتهاء وقت الحراسة.سدس من مانا كان لا بد من إضافته كل نصف الشهر. في الاعتدال، ثلاثة مانا كان ينبغي أن تفرغ من أجل جعلها مطابقة لحراسة واحدة، وأربعة مانا افرغت عن كل ساعة حراسة من ليل الشتاء".

الهند

كاميسوارا راو N. Kameswara Rao يشير إلى أن الأواني المستخرجة من موهنجدارا موهينجو دارو قد تكون استخدمت في الساعات المائية، فهي مدببة في الجزء السفلي، وتحتوي حفرة على الجانب، ومشابهة لإناء يستخدم لأداء abhishekam(صب الماء المقدس) على شفالينجام.
ناراهاري عخان وسوبهاش كاك أشاروا إلى أن استخدام الساعة المائية في الهند القديمة هو مذكور في آثارفافيدا من قبل الألفية الثانية.
غاثي أو كبالا (clepsydra أو الساعة المائية) هي المشار إليها في جيوتشا Jyotisha فيدانجا Vedanga، حيث كمية المياه التي تقيس nadika (أربع وعشرون دقيقة) مذكور. وشكل أكثر تطورا من clepsydra الموصوفة في الفصل الثالث عشر، 23 من سورياسدهانتا .
في نالاندا، وهي الجامعة البوذية، فقد تم قياس أربع ساعات يوميا، وأربع ساعات في الليل باستخدام الساعة المائية، والتي تتألف من وعاء من النحاس ممسكاً اثنين من العوامات الكبيرة في وعاء أكبر مملوء بالماء. وكان يملء الوعاء بالماء من ثقب صغير في قاعه، ويغرق عندما يُملأ تماما وتميز بضرب الطبول في وضح النهار. كمية المياه المضافة تختلف باختلاف الموسم وهذه الساعة كانت تعمل من قبل طلبة الجامعة.
وصف الساعة المائية في Varahimira منجمة في Pancasiddhanti يضيف المزيد من التفاصيل لحساب معين في Suryasiddhanta. مع الوصف الذي قدمه عالم الرياضيات براهماغوبتا في عمله سيندهانتا يطابق مع تلك التي أعطيت في Suryasiddhanta. الفلكي لالّتشاريا Lallacharya يصف هذه الأداة بالتفصيل. في الممارسة العملية، تم تحديد الأبعاد بالتجربة.

الصين

في الصين، وكذلك في جميع أنحاء شرق آسيا، كانت الساعات المائية مهمة جدا في دراسة علم الفلك وعلم التنجيم. أقدم مرجع يأرّخ استخدام الساعة المائية في الصين يرجع إلى القرن السادس قبل الميلاد. ابتداء من حوالى 200 سنة قبل الميلاد، تم استبدال clepsydra ذات التدفق الخارجي في كل مكان تقريبا في الصين بنوع ذو تدفق داخلي مع مؤشر محمول على عوامة.
هوان تان (40 قبل الميلاد - 30 بعد الميلاد)، أمين في محكمة ومسؤول عن الساعة المائية آنذاك، كتب أنه قارن الساعة المائية مع الساعات الشمسية بسبب درجات الحرارة والرطوبة وتأثيرها في دقتها، مما يدل على أن الآثار المترتبة على التبخر، وكذلك من درجة الحرارة على السرعة التي تتدفق فيهاالمياه، كانت معروفة في ذلك الوقت. في 976، تعّرض تشانغ سكسان لمشكلة المياه في تجميد الساعة المائية في الطقس البارد وذلك باستخدام الزئبق السائل بدلا من الماء. مرة أخرى، بدلا من استخدام المياه، وأوائل عهد أسرة مينغ مهندس زان إكسيوان (c. 1360-1380) صنع ساعة تعمل على الرمل، وتم تحسينها بواسطة تشو شوكسو (1530-1558).
استخدام الساعة المائية لصنع آليات توضح الظواهر الفلكية بدأت مع تشانغ هنغ (78-139) في 117، والذي وظّف أيضا دولاب الماء.  وكان تشانغ هنغ هو الأول في الصين الذي يضيف خزان تعويض إضافي بين الخزان وتدفق الوعاء، والتي حلت مشكلة وقوع رأس الضغط في الخزان الأحتياطي. براعة تشانغ أدت إلى خلق ساعة تعمل على عجلة ماء مع أداة تساعد على الحركة في إتجاه واحد من قبل يي شينغ (683-727) ويانغ لينجزان في 725. نفس الآلية استخدمها سونغ سو (1020-1101) في عام 1088 ليشغل ساعته الفلكية البرج، فضلا عن البدلات.  برج الساعة التابع لسونج سو، طوله أكثر من 30 قدم، ويمتلك كرة برونزية تحرّك يدوياَ للملاحظات، وكرة دائرية تتحرك بشكل أوتوماتيكي، وخمس لوحات أمامية مع أبواب تسمح بعرض التغييرات في الدمية التي تقرع الأجراس، وحملت ألواح تشير إلى الساعة أو غيرها من الأوقات الاستثنائية لليوم.
اليوم، في بكين،برج الطبل، الساعة المائية ذات التدفق الخارجي تعمل ويتم عرضها للسياح. إنها متصلة بدمية ذاتية الحركة بحيث كل ربع ساعة تعمل هذه الدمية على ضرب قطعة النحاس الممسكة بها.

العالَم الروماني اليوناني

في اليونان، كانت الساعة المائية معروفة بclepsydra (سارق الماء). أما الإغريق فقد تقدموا بشكل كبير فيما يخص الساعة المائية من خلال معالجة مشكلة التدفق المتناقص. لقد أدخلوا عدة أنواع من clepsydra التدفق الداخلي، واحدة من التي شملت أقدم أنواع أنظمة التحكم ذات التغذية الراجعة. ستسيبياص ستيسيبيوس اخترع نظام مؤشر نموذجي للساعات في وقت لاحق مثل قرص الساعة والمؤشر. والمهندس الروماني فيتراف فيتروفيو وصف ساعات المنبه في وقت مبكر، أنها تعمل على الابواق.
من الساعات المائية الشائع استخدامها هي الساعة المائية البسيطة ذات التدفق الخارجي. هذا الوعاء الخزفي الصغير كان له ثقب في جانبه بالقرب من القاعدة. في كل من اليونان والرومان، كان هذا النوع من الساعات المائية يستخدم في المحاكم من أجل تخصيص فترات زمنية للمتكلمين. في القضايا الهامة، عندما تكون القضية تهم حياة شخص على سبيل المثال، كان يتم ملؤها.ولكن، في الحالات البسيطة، كان يتم ملؤها جزئيا فقط.إذا كانت الدعوى قد انقطعت لأي سبب من الأسباب، مثل فحص الوثائق، فإن الفتحة الموجودة بالساعة يتم إغلاقها بالشمع حتى يكون الشخص قادرا على استئناف مرافعته.
في القرن الرابع قبل الميلاد، كان من المعروف أن الساعة المائية استخدمت كساعة توقف لفرض مهلة زمنية على العملاء في بيوت الدعارة الأثينية.  قليلا في وقت لاحق، في وقت مبكر من القرن الثالث قبل الميلاد، الطبيب الهلنستي Hellenistic هيروفيلوس Herophilos قام بتوظيف الساعة المائية المحمولة في زياراته في الإسكندرية لقياس نبضات قلب مرضاه.بمقارنة المعدل حسب الفئة العمرية مع مجموعات البيانات التي تم الحصول عليها تجريبيا، كان قادرا على تحديد شدة الاضطراب.
بين 270 قبل الميلاد و500 ميلادي، الهلنستي (ستيسيبيوس، أرخميدس) وصنّاع الساعات في روما وعلماء الفلك كلهم عملوا على تطوير الساعة المائية.الإضافة المعقدة كانت تهدف إلى تنظيم التدفق وفي عرض أفضل لمرور الزمن. على سبيل المثال، بعض الساعات المائية كانت ترن الجرس وغونغ، بينما أخرى فتحت الأبواب والنوافذ لاظهار تماثيل من الناس، أو مؤشرات، وأوجه. حتى البعض عرض نماذج فلكية للكون. في القرن الثالث قبل الميلاد المهندس فيلو البيزنطي أشار في أعماله إلى الساعة المائية بالفعل مزودة بآلية ميزان الساعة، أحدث نوع معروف آنذاك.
ان أكبر انجاز للاختراع clepsydrae خلال هذا الوقت، ومع ذلك، كان من Ctesibius من خلال إدماج دولاب مسنَّن ومؤشر من أجل إظهار الوقت تلقائيا وتغير أطوال الأيام على مدار العام، وذلك بسبب ضبط الوقت الزماني المستخدمة خلال وقته آنذاك.
أيضا، عالم الفلك اليوناني، أندرونيكوس من قورش، أشرف على بناء Horologion (ساعته الخاصة)، المعروفة اليوم باسم برج الرياح، في سوق أثينا (أو أغورا) في النصف الأول من القرن الأول قبل الميلاد. هذا المثمّن برج الساعة أظهر للعلماء والمتسوقين على حد سواء المزولة ومؤشرات الساعة الميكانيكية. وتضمن 24 -- ساعة clepsydra ميكانيكية ومؤشرات للرياح الثمانية والتي حصلت على اسمها منها، وعرض أيضاَ مواسم السنة الفلكية والتواريخ والفترات.

كوريا

في كوريا، ضبط الوقت كان واجب ملكي وامتياز ملكي من الملوك الثلاثة للكورية الفترة (37 قبل الميلاد) فصاعدا. في 1434 خلال تشوسون (أو جوسون) اسرة شانغ يونغسل (أو جانغ يونغ سيل)، حارس القصر وفي وقت لاحق مهندس المحكمة الرئيسية، شيد الChagyongnu (الساعة المائية ذاتية الضرب أو clepsydra الضاربة) للملك سيجونغ. ما جعل الChagyongnu ذاتية-الضرب (أو تلقائية) هو استخدام آلية الرفع، التي من خلال ثلاث شخصيات خشبية (الرافعات) تضرب الأجسام للإشارة إلى الوقت. هذا الابتكار لم يعد بحاجة للاعتماد على العاملين، المعروفين باسم "الرجل الديك"، لتغذيته باستمرار. وصولاَ إلى 554، انتشرت الساعة المائية من كوريا إلى اليابان. استخدمت الساعات المائية وتم تحسينها في جميع أنحاء آسيا بشكل جيد في القرن الخامس عشر.

الساعات المائية الإسلامية والعربية

في العالم الإسلامي في العصور الوسطى (632-1280)، استخدام الساعات المائية له جذوره من أرخميدس خلال الفترة البيزنطية. والساعات المائية من قبل الجزري الدي عاش في اعالي الجزيرة السورية، مع ذلك، لها الفضل في الذهاب "إلى ما وراء أي شيء" سبقتها.
في اطروحة الجزري 1206، يصف أحد ساعاته المائية، ساعة الفيل. الساعة سجلت مرور الساعات الزمنية، مما يعني أن معدل التدفق كان لا بد من تغيره يوميا ليتناسب مع الاطوال المتفاوتة للأيام على مدار العام.لإنجاز هذا، كان للساعة خزانان، خزان علوي له علاقة في آليات الوقت والجزء السفلي له علاقة في التحكم في التدفق المنظم.عند الفجر يفتح الصنبور وتتدفق المياه من الخزان العلوي إلى الخزان السفلي من خلال تعويم منظم الذي يحافظ على ضغط ثابت في خزان المستقبل[5].
الساعة المائية والساعة الفلكية الأكثر تطورا كانت ساعة آل الجزري الساعة القلعة، التي تعتبر مثالا مبكراَ عن الكمبيوتر التناظري القابل للبرمجة، في 1206. كان جهاز معقد حيث كان ارتفاعه حوالي 11 قدم، وكان له وظائف متعددة جنبا إلى جنب مع ضبط الوقت. لقد تضمن عرضا لمنطقة البروج ومدارات الطاقة الشمسية والقمرية، ومؤشر في شكل هلال الذي سافر عبر الجزء العلوي من البوابة، وانتقل المؤشر بعربة خفية والذي تسبب في فتح الأبواب الأوتوماتيكية، كاشفاً عن دمية، كل ساعة. كان من الممكن إعادة برمجة طول النهار والليل كل يوم من أجل حساب الأطوال المتغيرة ليلا ونهاراً على مدار السنة، احتوت أيضا على خمسة من الموسيقيين الآليين حيث كانوا يعزفون الموسيقى تلقائيا عندما تنتقل بالعتلات التي تديرها عمود الحدبات المخفية معلقة على عجلة المياه. وتشمل المكونات الأخرى للساعة القلعة الخزان الرئيسي مع عوامة، وغرفة تعويم ومنظم التدفق، لوحة وصمام الحوض الصغير، واثنين من البكرات، القرص الهلالي العارض للبروج، واثنين من الصقور المبرمجين يسقطون الكرات في المزهريات.
الساعات المائية الأولى التي توظّف تداوير مسننة معقدة اخترعت على يد المهندس العربي بن خلف آل المرادي في ايبيريا الإسلامية حوالي 1000. ساعاته المائية كانت تدفعها عجلة مائية، كما هو الحال أيضا بالنسبة للساعات المائية الصينية في القرن الحادي عشر. الساعات المائية المقارنة بنيت في دمشق وفاس. الأخيرة (دار ماغانيا) لا تزال حتى اليوم، وآليتها تم بناؤها. الساعة الأوروبية الأولى التي تُوظف هذه المسننات المعقدة كانت الساعة الفلكية التي أنشأتها جيوفاني دي دوندي في حوالي عام 1365. مثل الصينين، المهندسون العرب في ذلك الوقت أيضا وضعوا آلية ميزان الساعة التي وظفوها في بعض ساعاتهم المائية. آلية ميزان الساعة كانت في شكل نظام-رأس ثابت، في حين عوامات ثقيلة استخدمت للترجيح.

التصميمات الحديثة للساعات المائية

لا يوجد سوى عدد قليل من الساعات المائية الحديثة اليوم. في عام 1979، بدأ العالم الفرنسي برنارد جيتو Bernard Gitton بصناعة الساعة المائية الخاصة به، والتي تشكل في يومنا هذا منهج للساعة المائية التاريخية. تصميماته الفريدة لأنابيب الزجاج يمكن العثور عليها في أكثر من 30 موقعا في جميع أنحاء العالم، بما في ذلك واحدة في متحف انديانابوليس للأطفال في انديانابوليس، انديانا، وإجواتمي Iguatemi للتسوق في بورتو أليغري، البرازيل. وهناك غيرها من التصاميم الحديثة من الساعات المائية، بما في ذلك ساعة الوادي العظيم المائية في ولاية كولورادو، ومول وودغروف Woodgrove في ننيمو، كولومبيا البريطانية، وفي مطار أبوتسفورد في أبوتسفورد، كولومبيا البريطانية.
تصاميم جيتون Gitton تعتمد على الجاذبية الأرضية العاملة على تشغيل عدة أنابيب مياه؛ على سبيل المثال، بعد أن يصل منسوب المياه في أنابيب العرض للدقائق أو للساعات إلى حد معين، يبدأ الأنبوب الفائض بالعمل كما لو كان أنبوب ري وبالتالي يفرغ الأنبوب من الماء.يتم حفظ الوقت الفعلي من قبل بندول مدرّج يُشغَّل عن طريق تيار مياه منقول من خزان الماء التابع للساعة المائية.البندول له وعاء مصنوع بعناية شديدة وملحق به، وهذ الوعاء يقيس كمية الماء المسكوبة في نظام عرض الوقت.
اليوم، استخدام تدفق المياه لتشغيل الساعة أصبح نادرا ما يمارس، واستخدامه يكون فقط من أجل العرض والإبداع أكثر منه من أجل الدقة العملية، ومثال على ذلك هورنسبي الساعة المائية في سيدني، أستراليا.