Jam air

Jam air (Tulisan Jawi: جم اير) atau clepsydra (Yunani: κλέπτειν kleptein, 'mencuri' + ὕδωρ hydor, 'air') ialah sejenis jam yang mengukur waktu dengan aliran cecair yang teratur yang masuk ke dalam (jenis aliran masuk) atau keluar dari (jenis aliran keluar) sebuah bekas. Jumlah cecair yang masuk atau keluar kemudiannya disukat.
Jam air, bersama dengan jam matahari, berkemungkinan merupakan alat ukuran waktu yang tertua, selain paku bayang menegak, dan kayu hitung yang digunakan untuk mengira hari. Tidak diketahui di mana dan bila jam air pertama kali dicipta, dan jawapannya tidak mungkin dapat dipastikan kerana betapa purba jam air ini. Klepsidra aliran keluar berbentuk mangkuk adalah bentuk jam air teringkas, dan diketahui pernah wujud di Babylon dan Mesir sekitar abad ke-16 SM. Di bahagian rantau lain di dunia, termasuk India dan China, juga mempunyai bukti kewujudan jam air terawal, tetapi tarikh terawalnya tidak dapat dipastikan. Namun begitu, ada yang mendakwa bahawa jam air wujud di China seawal tahun 4000 SM.
Bangsa Yunani dan Rom mengembangkan reka bentuk jam air untuk memasuki aliran masuk klepsidra dengan sistem suap balik, gear, dan mekanisme bolosan terawal, yang disambungkan dengan automaton yang canggih bagi memperbaiki ketepatan. Pembangunan selanjutnya dilakukan di Byzantium dan terutamanya di dunia Islam, di mana jam air yang jitu menggabungkan segmen kompleks dan gear kisar, roda air, dan kebolehaturcaraan, sebelum akhirnya dibawa ke Eropah. Secara berasingan, bangsa China telah membangunkan jam air termaju mereka sendiri, dengan menggabungkan gear, mekanisme bolosan, dan kincir air, lalu mengirimkan gagasan mereka ke Korea dan Jepun.
Sesetengah rekaan jam air dibangunkan secara berdikari dan sebahagian ilmu disebarkan melalui penyebaran perdagangan. Jam air terdahulu ini ditentukur dengan sebuah jam matahari. Walaupun tidak pernah mencapai tahap ketepatan yang dapat dibandingkan dengan keperluan penjagaan masa hari ini, namun jam air telah menjadi jam waktu tertepat dan paling umum digunakan selama ribuan tahun, sehingga digantikan oleh jam bandul yang lebih tepat pada abad ke-18 di Eropah.

Parsi

Menurut Callisthenes, masyarakat Parsi menggunakan jam air sejak tahun 328 SM untuk memastikan pengagihan air dari qanāt yang saksama dan tepat kepada para pemegang kepentingan untuk pengairan pertanian. Penggunaan jam air di Iran, terutamanya Zibad, diamalkan sejak 500 SM. Lama-kelamaan, ia juga digunakan untuk menentukan tarikh-tarikh perayaan suci pra-Islam seperti Nowruz atau Yaldā - yakni siang malam yang paling singkat, lama atau sama-rata dalam setahun. Jam-jam air yang digunakan di Iran merupakan antara alat-alat purba yang berguna untuk menjadualkan takwim tahunan.
Jam air atau fenjān di Parsi mencapai tahap kejituan yang setanding dengan piawaian penjagaan waktu masa kini. Fenjān ini merupakan peranti waktu yang paling jitu dan laris untuk menghitung jumlah masa yang perlu diambil oleh petani untuk mengambil air dari qanāt atau telaga untuk mengairi ladang, kerana qanāt ini merupakan satu-satunya sumber air untuk pertanian, maka pengagihan air yang adil dan saksama adalah penting sekali. Oleh itu, seorang tua yang amat saksama dan bijaksana dipilih sebagai pengurus jam air (mir'āb), dan sekurang-kurangnya dua orang mir'âb sepenuh masa diperlukan untuk mengawal dan memantau fenjān serta mengumumkan waktu yang tepat baik siang mahupun malam.
Fenjān terdiri daripada sebuah belanga besar yang penuh berisi air dan sebiji mangkuk yang ditebuk sebutir lubang di tengah. Apabila mangkuk penuh diisi dengan air, ia tenggelam ke dalam belanga, maka mir'āb perlu mengosongkan mangkuk itu dan meletakkannya semula di atas air belanga. Kemudian, mir'āb mencatat bilangan kali mangkuk itu tenggelam dengan menaruh batu-batu kecil ke dalam balang.
Tempat letaknya jam ini serta para pengurusnya bersama-sama dikenali sebagai khāneh fenjān. Biasanya, ini terletak di tingkat atas balai raya dengan tingkap-tingkap yang menghadap timur dan barat untuk menandakan waktu matahari terbit dan terbenam. Juga terdapat sejenis lagi alat menjaga waktu yang berupa astrolab, tetapi kegunaannya tertumpu pada kepercayaan tahyul dan tidak sesuai digunakan sebagai takwim petani. Jam air Zibad Gonabad digunakan hingga tahun 1965 apabila ia digantikan oleh jam moden.

Mesir

Jam air tertua seperti yang terbukti secara zahirnya, bertarikh s. 1417-1379 SM, sewaktu pemerintahan Amenhotep III di mana ia telah digunakan dalam Kuil Amen-Re di Karnak. Catatan tertua mengenai jam air ini adalah ukiran pada makam pegawai istana abad ke-16 SM bernama Amenemhet, yang menamakan orang yang bersemadi dalam makam itu sendiri sebagai penciptanya. Jam air ringkas yang berjenis aliran keluar ini, merupakan bekas batu dengan tepi-tepi cerun yang membenarkan air untuk menitis pada kadar yang hampir malar dari lubang kecil dekat bawahnya. Ada dua belas tiang berasingan yang bertanda-tanda mengikut pola tertentu di dalamnya untuk mengukur peredaran "jam" apabila dicapai oleh paras air. Dua belas tiang ini adalah untuk dua belas bulan untuk mengambil kira perubahan jangka masa jam mengikut musim. Jam-jam ini digunakan oleh para pendeta untuk membaca waktu pada waktu malam supaya upacara kuil dan pengorbanan dapat dilakukan tepat pada masanya. Jam air ini dapat dibaca pada siang hari juga.

Babylon

Di Babylon, jam air adalah jenis mengalir keluar dan berbentuk silinder. Kegunaan jam air sebagai bantuan pengiraan astronomi bermula pada Dinasti Pertama Babylon (sekitar 2000–1600 SM).
Walaupun tiada bukti masih wujudnya jam air yang berasal dari rantau Mesopotamia, namun kebanyakan bukti kewujudan mereka berasal daripada catatan pada batu bersurat tanah liat; misalnya, dua himpunan batu bersurat, iaitu Enuma-Anu-Enlil (1600–1200 BC) dan MUL.APIN (kurun ke-7 SM). Menurut batu bersurat tersebut, jam air digunakan untuk merujuk bayaran penjaga keselamatan pada waktu malam dan siang.
Jam ini unik kerana tidak mempunyai penunjuk seperti lengan (seperti yang biasanya diguna hari ini) atau takuk beralur (seperti digunakan di Mesir). Sebaliknya, jam-jam ini mengukur masa "dengan berat air mengalir darinya". Isi padunya diukur dalam unit digelar qa. Beratnya, mana (unit Yunani yang bersamaan sekurang-kurangnya satu paun), adalah berat air dalam sebuah jam air.
Harus diingatkan bahawa sewaktu zaman Babylon, waktu ditentukan secara jam temporal. Jadi, apabila musim berubah, begitu juga dengan jangka waktu siang. "Untuk mentakrifkan 'rondaan malam' pada solstis musim panas, dua mana air dicurahkan ke dalam sebuah klepsidra silinder; apabila kosong maka tamatnya rondaan. Satu perenam mana telah ditambah setiap separuh bulan kemudian. Pada equinoks, tiga mana dikosongkan agar berpadan dengan satu rondaan, dan empat mana dikosongkan untuk setiap rondaan malam solstis musim sejuk."

India

N. Kameswara Rao berhujah bahawa tempayan-tempayan yang digali di Mohenjodaro mungkin digunakan sebagai jam air, kerana tapaknya berlancip, sisinya berlubang, dan rupanya serupa dengan alat yang digunakan untuk mencurah air suci pada shivalingam.
Ghati atau Kapala (klepsidra atau jam air) disebut dalam Vedanga Jyotisha, yang mana disebutnya jumlah air untuk menyukat satu nadika (24 minit). Sebentuk klepsidra yang lebih canggih diperikan dalam bab xiii, 23 dalam Suryasiddhanta.
Di Nalanda, sebuah maktab agama Buddha, empat jam sesiang dan empat jam semalam disukat oleh jam air yang terdiri daripada sebiji mangkuk tembaga yang memegang dua apungan dalam sebiji mangkuk lebih besar yang berisi air. Mangkuk itu berisi air dari liang kecil di bawahnya; ia tenggelam apabila diisi penuh-penuh dan ditanda oleh paluan dram pada waktu siang. Jumlah air yang ditambah berbeza mengikut musim dan jam ini diselenggara oleh para penuntut maktab ini.
Pemerian jam air dalam catatan Pancasiddhantika (505) oleh ahli astrologi Varahimira memperincikan lagi keterangan yang dinyatakan dalam Suryasiddhanta. Pemerian yang diberikan oleh ahli matematik Brahmagupta dalam kertas kerja Brahmasphutasiddhanta seiras dengan yang diterangkan dalam Suryasiddhanta. Ahli astronomi Lallacharya menghuraikan alat ini secara terperinci. Pada praktiknya, dimensi-dimensinya ditentukan melalui uji kaji.

China

Di China, dan juga seluruh Asia timur, jam air amat penting untuk ilmu astronomi dan astrologi. Menurut bahan rujukan tertua, jam air digunakan di China semenjak seawal abad ke-6 SM. Mulai kira-kira tahun 200 SM, klepsidra aliran keluar diganti oleh jenis aliran masuk dengan apungan yang membawa batang penunjuk.
Huan Tan (40 SM–30 M), seorang Setiausaha Diraja yang bertugaskan klepsidra, pernah menulis bahawa beliau perlu membandingkan klepsidra dengan jam matahari untuk menghayati bagaimana suhu dan kelembapan menjejaskan ketepatan jam, menunjukkan bahawa kesan penyejatan dan juga suhu pada kelajuan aliran air diketahui ketika ini. Pada tahun 976, Zhang Sixun menyelesaikan masalah kebekuan air dalam klepsidra ketika cuaca sejuk dengan menggunakan raksa cair sebagai ganti air. Sekali lagi, sebagai ganti air, jurutera awal Dinasti Ming, Zhan Xiyuan (c. 1360-1380) mencipta sebuah jam kincir pacuan pasir yang dipertingkat oleh Zhou Shuxue (c. 1530-1558).
Penggunaan klepsidra untuk memacu mekanisme yang menggambarkan fenomena astronomi bermula dengan Zhang Heng (78-139) pada tahun 117, yang juga menggunakan roda air. Zhang Heng ialah penduduk China pertama yang menambah sebuah tangki pampas di antara takungan dan bekas aliran masuk untuk menyelesaikan masalah kejatuhan kepala tekanan dalam tangki takungan. Kebijakan Zhang mendorong Yi Xing (683–727) dan Liang Lingzan untuk mencipta jam pacuan mekanisme bolosan bersawat sambung kincir air pada tahun 725. Mekanisme yang sama ini juga digunakan oleh Su Song (1020-1101) pada tahun 1088 untuk menjana menara jam astronominya, dan juga sejenis pemacu rantai. Menara jam Su Song yang 30 kaki tingginya, mempunyai sebiji sfera armila berjana kuasa gangsa untuk tujuan pencerapan, sebiji sfera cakerawala yang berputar kendiri, dan lima panel depan dengan pintu yang membolehkan kelihatan boneka yang membunyikan genta atau gong sambil memegang batu bersurat yang mengumumkan pukul berapa dalam sehari.
Kini, di Menara Gendang di Beijing, wujudnya sebuah klepsidra aliran keluar yang berfungsi dan dipamerkan untuk tatapan pelancong. Ia disambung dengan automaton untuk membolehkan sebuah patung buatan loyang mendentumkan simbal pada setiap suku jam.

Korea

Di Korea, penjagaan masa merupakan kewajipan dan prerogatif diraja sejak zaman Tiga Kerajaan (c. 37 SM). Pada tahun 1434 sewaktu Dinasti Joseon, Jang Yeong-sil, Pengawal Istana dan Ketua Jurutera Diraja, membina jam air berdenting sendiri yang bergelar Jagyeongnu untuk Raja Sejong. Jam in berdenting sendiri kerana dilengkapi dengan mekanisme sawat bicu yang mana tiga susuk (bicu) kayu memukul objek untuk mengumumkan waktu. Inovasi ini tidak memerlukan lagi tenaga manusia atau "orang ayam" untuk selalu mengisi air. Sekitar tahun 554, teknologi jam air tersebar dari Korea ke Jepun. Jam air digunakan dan diperhalusi di seluruh Asia sehingga abad ke-15.

Dunia Yunani-Rom

Di Yunani Purba, jam air juga dikenali sebagai klepsidra (pencuri air). Orang Yunani mempertingkatkan jam air dengan menyelesaikan masalah aliran berkurangan, dengan memperkenalkan beberapa jenis klepsidra aliran masuk, termasuk satu jenis yang dilengkapi sistem kawalan suap balik yang terawal. Ctesibius mencipta sistem penanda yang biasa ditemui dalam bentuk muka berjarum penunjuk pada jam masa kini. Jurutera Rom, Vitruvius memerikan jam loceng terawal yang berfungsi dengan gong atau trompet. 
Antara jenis jam air yang biasa dipakai ialah klepsidra aliran keluar ringkas. Ia merupakan sebiji bekas kecil buatan tanah liat yang ditebuk lubang di tepinya dekat tapaknya. Pada zaman Yunani dan Rom, jenis klepsidra ini digunakan di mahkamah untuk memperuntukkan tempoh bersuara. Misalnya, dalam kes-kes mustahak yang melibatkan nyawa seseorang, ia diisi penuh; tetapi untuk kes-kes kecil, ia diisi separa sahaja. Sekiranya prosiding tergendala apa jua sebabnya, seperti mengkaji dokumen, lubang pada klepsidra disumbat dengan lilin sehingga pembahas boleh menyambungkan rayuannya. 
Pada abad ke-4 SM, klepsidra dikenali kegunaannya sebagai jam randik untuk mengehadkan masa kunjungan pelanggan di rumah pelacuran di Athens. Pada awal abad ke-3 SM, ahli fizik keyunanian bernama Herophilos menggunakan sejenis klepsidra mudah alih ketika kunjung-mengunjung rumah-rumah di Iskandariah untuk mengukur denyut nadi para pesakitnya. Dengan membandingkan kadar denyut mengikut kelompok umur dengan set-set data yang diperoleh secara empirik, beliau mampu menentukan keamatan gangguan denyut nadi pesakit.
Dari tahun 270 SM hingga 500 M, para ahli horologi dan astronomi dari tamadun keyunanian (Ctesibius, Hero dari Alexandria, Archimedes) dan Rom gigih membangunkan jam air berjentera yang lebih canggih. Penambahan kekompleksan ini bertujuan melaraskan aliran serta menyerikan lagi paparan peredaran masa. Misalnya, ada jam air yang mendentingkan loceng dan gong, dan ada lagi yang membuka pintu dan tingkap untuk memainkan patung, atau menggerakkan jarum penunjuk dan muka jam. Ada juga yang memaparkan model astrologi alam semesta. Philo dari Byzantium, seorang jurutera abad ke-3 SM, dalam kertas kerjanya menyebut sejenis jam air terawal yang sedia dipasang dengan mekanisme pelepas. 
Namun demikian, pencapaian terbesar dalam penciptaan klepsidra pada zaman ini adalah ihsan Ctesibius yang menerapkan gear dan penunjuk muka jam untuk menunjukkan waktu memandangkan kepanjangan tempoh siang berubah-ubah sepanjang tahun, menurut kaedah penjagaan masa yang diamalkan pada zamannya. 
Selain itu, seorang ahli falak Yunani, Andronicus dari Cyrrhus, menyelia pembinaan ciptaannya iaitu Horologion, atau Menara Angin, di tapak pasar Athens (atau Agora) pada separuh pertama abad pertama SM. Menara jam yang berbentuk segi lapan ini menunjukkan jam matahari dan penanda jam mekanik kepada para cendekiawan dan pengunjung. Ia bercirikan klepsidra berjentera 24 jam dan penanda untuk lapan arah angin yang meminjamkan namanya kepada menara ini, sambil memaparkan musim serta tarikh dan tempoh astrologi.

Dunia Islam dan Arab

Dalam dunia Islam zaman pertengahan (632-1280 M), penggunaan jam air berakar umbi daripada Archimedes ketika kebangkitan Iskandariah di Mesir, dan berterusan hingga zaman Byzantium. Sungguhpun begitu, jam air ciptaan Al-Jazari dipuji kerana jauh mendahului "segalanya" yang tercipta sebelumnya.
Dalam treatisnya yang dikarang pada tahun 1206, al-Jazari memerikan salah sebuah jam air ciptaannya yang bergelar jam gajah. Jam ini mencatat jam waktu yang berlalu—justeru kadar aliran perlu diubah setiap hari untuk memadankan jangka masa siang yang berubah-ubah sepanjang tahun. Untuk itu, jam ini ada dua tangki, iaitu tangki atas yang disambung dengan mekanisme penandaan masa dan tangki bawah yang disambung dengan pengatur kawal aliran. Pada dasarnya, pada waktu fajar, pili dibuka dan air mengalir dari tangki atas ke tangki bawah melalui pengatur apungan yang memastikan kemalaran tekanan dalam tangki bawah.
Jam astronomi janaan air yang paling canggih ialah "jam istana" ciptaan Al-Jazari pada tahun 1206 yang dianggap sebagai contoh terawal komputer analog yang boleh diatur cara. Ia merupakan peranti kompleks yang tingginya 11 kaki, dan dilengkapi berbagai-bagai fungsi selain menjaga masa. Jam ini bercirikan paparan zodiak dan orbit-orbit matahari dan bulan, dan penunjuk berbentuk bulan sabit yang beredar di atas gerbang, digerakkan oleh kereta sorong terlindung dan membuka pintu-pintu automatik, setiap satunya mendedahkan sebuah patung untuk setiap satu jam. Kepanjangan tempoh jam-jam seharian boleh diatur cara semula setiap hari untuk mencerminkan perubahan kepanjangan tempoh siang dan malam sepanjang tahun. Jam ini juga dilengkapi lima robot pemuzik yang mendendangkan muzik secara automatik apabila digerakkan oleh tuas-tuas yang dikendali oleh aci sesondol terlindung yang bersambung dengan kincir air. Ciri-ciri lain jam istana ini termasuk takungan utama dengan apungan, pengatur bilik apungan dan aliran, palung plat dan injap, dua takal, cakera bulan sabit yang memaparkan zodiak, dan dua automaton berbentuk burung falkon yang menjatuhkan bebola ke dalam pasu.
Jam air pertama yang menggunakan gear kisar bersegmen kompleks dicipta oleh jurutera Arab, Ibn Khalaf al-Muradi di Al-Andalus sekitar tahun 1000 M. Jam air ciptaannya dipacu oleh roda air, seperti yang digunakan oleh beberapa jam air di China pada abad ke-11. Jam air sedemikian juga dibina di Damsyik dan Fez. Jam di Fez (Dar al-Magana) masih berdiri sehingga hari ini dan mekanismenya juga pernah dibina semula. Jam buatan Eropah pertama yang menggunakan sistem gear kompleks ini ialah jam astronomi yang dicipta oleh Giovanni de Dondi sekitar tahun 1365 M. Sama dengan orang Cina, jurutera Arab pada zaman itu juga mengembangkan mekanisme pelepas yang digunakan dalam sesetengah ciptaan jam air mereka. Mekanisme tersebut berbentuk sistem turus malar yang dilengkapi apungan berat sebagai beban.

Rekaan jam air moden

Kini hanya sebilangan kecil jam air moden yang wujud. Pada tahun 1979, saintis Perancis bernama Bernard Gitton mula mencipta Jam Aliran Masa. Rekaannya yang berbentuk tiub kaca ini boleh ditemui di lebih 30 lokasi di seluruh dunia
Rekaan Gitton ini menggunakan berbilang sifon janaan graviti; misalnya, selepas tiub paparan minit atau jam mencapai paras air yang secukupnya, tiub limpahan mula bertindak sebagai sifon untuk mengosongkan tiub paparan. Penjagaan masa sebenarnya dilakukan oleh bandul tertentukur yang dijana oleh aliran air yang disalurkan dari takungan jam. Pada bandul tersebut terpasang bekas khas yang dibina dengan teliti untuk menyukat air yang dicurahkan ke dalam tiub paparan.
Kini, penggunaan aliran air untuk menjana jam jarang diamalkan, iaitu sekadar menunjuk-nunjuk daripada tujuan ketepatan fungsi, misalnya Jam Air Hornsby di Sydney, Australia.