물시계
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1. 개요
물시계는 물의 흐름을 이용하여 시간을 측정하는 장치로, 고대 이집트에서 가장 오래된 증거가 발견되었다. 유출식과 유입식 두 종류가 있으며, 고대 중국, 페르시아, 그리스, 로마, 이슬람 세계 등 다양한 문명에서 사용되었다. 특히 조선 시대 장영실은 자격루를 제작하여 시각 및 청각 신호를 통해 시간을 알리는 혁신적인 기술을 선보였으며, 이는 세계 최초의 수력 기계식 이중 시간 시계로 평가받는다. 물시계는 농업, 종교, 법률, 행정 등 다양한 분야에서 활용되었으며, 사회문화적으로 중요한 의미를 지닌다.
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| 물시계 | |
|---|---|
| 개요 | |
 | |
| 종류 | 시간 측정 장치 |
| 작동 방식 | 액체가 용기 안으로 흘러 들어가거나 흘러나오는 것을 이용 |
| 어원 | 그리스어 "κλεψύδρα" (클렙시드라: 물도둑) |
| 어원 설명 | "κλέπτω" (클렙토: 훔치다) + "ὕδωρ" (히도르: 물) |
| 상세 정보 | |
| 발명 시기 | 기원전 16세기경 |
| 발명 장소 | 바빌로니아 |
| 사용 문화권 | 고대 이집트 고대 그리스 중국 한국 |
| 역사 | |
| 초기 형태 | 물이 빠져나가는 속도를 이용 |
| 후기 형태 | 일정한 유량으로 물이 들어오는 방식 |
| 용도 | 시간 측정 천문 관측 점성술 |
| 기타 | 모래시계의 선구자 |
2. 역사
물시계는 물의 흐름을 이용하여 시간을 측정하는 장치이다. 토리첼리의 정리를 응용하여 만들었으며, 유입식과 유출식 두 가지 종류가 있다. 유출식은 용기에 물을 채우고 물이 빠져나가는 것을 이용하며, 유입식은 반대로 물이 채워지는 것을 이용한다.
그리스와 로마에서는 초기 피드백 시스템, 기어, 탈진기 장치를 포함하는 유입식 물시계를 발전시켰다. 비잔티움, 시리아, 메소포타미아에서는 더 정확한 물시계를 개발하여 유럽으로 전파되었다. 중국은 독자적으로 발전된 물시계를 개발하여 한국과 일본에 전파했다.
물시계 설계는 지역마다 독자적으로 개발되기도 하고, 무역을 통해 지식이 전파되기도 했다. 초기 물시계는 해시계로 보정되었다. 오늘날의 시간 측정 표준에는 미치지 못했지만, 물시계는 수천 년 동안 널리 사용되었으며, 1300년경 유럽에서 더 정확한 기계식 시계에 의해 대체될 때까지 사용되었다.[2]
물시계는 해시계와 함께 가장 오래된 시계 중 하나이다.[52] 야간에 사용할 수 없는 해시계를 보완하기 위해 만들어졌다고 생각된다.[53] 기원전 16세기경 바빌로니아와 고대 이집트에서 물시계가 존재했다는 기록이 있으며, 인도, 중국 등 다른 지역에서도 오래전부터 존재했을 것으로 추정된다. 기원전 4000년에 중국에서 물시계가 등장했다는 주장도 있다.[54]
고대 그리스와 로마 문명은 물시계 설계를 발전시켜 정확도를 향상시켰고, 이는 동로마 제국과 이슬람 시대를 거쳐 유럽에서 발전했다. 중국은 독자적으로 발전된 물시계를 만들어 조선과 일본에 전파했다.
물시계는 산업 혁명 이전에는 천문학과 점성술에 주로 사용되었고, 해시계를 기준으로 눈금이 새겨졌다. 변호사의 발언 시간, 매춘 업소의 근무 시간, 야경꾼의 근무 시간, 교회 설교 시간 등을 재는 데 사용되었다. 17세기 유럽에서 흔들이 시계가 발명될 때까지 가장 정확하고 많이 사용되는 시계였다.
2. 1. 고대 이집트
기원전 1417년~기원전 1379년경 아멘호테프 3세 시대의 카르나크 신전에서 발견된 유물이 가장 오래된 물시계이다.[3] 기원전 16세기 궁정 관리 아메네메트의 무덤 비문에는 그가 물시계 발명가로 기록되어 있다.[3] 이 물시계는 유출식으로, 경사진 측면을 가진 돌 용기에 작은 구멍을 통해 물이 일정한 속도로 떨어지도록 설계되었다. 물의 수위가 표시에 도달함에 따라 시간의 흐름을 측정하기 위해 내부에 일정한 간격으로 12개의 기둥이 있었고, 계절 시간의 변화를 고려하여 각각 12개의 달(month)을 위한 기둥이 있었다.[4] 사제들은 밤의 시간을 알아내어 사원 의식과 제사를 정확한 시간에 거행하는 데 이 시계를 사용했다.[4]2. 2. 바빌로니아
바빌로니아에서는 물시계가 유출식이며 원통형이었다. 물시계를 천문 계산 보조 도구로 사용한 것은 고대 바빌로니아 시대(기원전 2000년경 - 기원전 1600년경)까지 거슬러 올라간다.[5] 메소포타미아 지역에서는 물시계의 실물이 발견되지 않았고, 그 존재의 증거로 가장 유력한 것은 점토판에 기록된 정보이다. 예를 들어 점토판 집합 "에누마 아누 엔릴"(기원전 1600년 - 1200년)이나 "MUL.APIN"(기원전 7세기)에 물시계가 야간 및 주간 경비원의 급료 지불에 사용되었다는 기록이 있다.[6]이러한 물시계의 특징은 (오늘날의 시계처럼) 시침이 있는 것도 아니고 (이집트의 물시계처럼) 눈금이 있는 것도 아니며, 표시 장치가 전혀 없었다는 점이다. 대신 이러한 물시계는 시간을 "흘러나온 물의 무게"로 측정했다.[7] 그 무게는 미나("mana", 그리스의 단위로 약 1파운드)라는 단위로 측정되었다.
바빌로니아 시대에 시간은 시간 시간으로 측정되었다. 즉, 계절이 바뀌면 낮의 길이가 달라졌다. 하지에 '야간 근무'의 길이를 정의하려면 원통형 물시계에 물 2마나를 부어야 했고, 물이 다 비워지면 근무가 끝나는 것을 나타냈다. 그 후 매 반달마다 6분의 1마나를 추가해야 했다. 춘분에는 한 근무에 해당하는 물 3마나를 비워야 했고, 동지 밤의 각 근무에는 물 4마나를 비워야 했다.[7]
2. 3. 인도
N. 나라하리 아차르와 수바시 칵은 아타르바베다에 등장하는 것을 근거로 기원전 2천년경 고대 인도에서 물시계가 사용되었다는 주장을 제기했다.[8][9] N. 카메스와라 라오에 따르면, 모헨조다로의 인더스 문명 유적에서 발굴된 항아리가 물시계로 사용되었을 가능성이 있다고 한다. 이 항아리들은 바닥이 좁아지고 옆면에 구멍이 있으며, 링검에 대한 ''아비셰카''(의식적인 물 붓기)에 사용되는 용기와 유사하다.[10]조티샤는 ''가티'' 또는 ''카팔라''라고 불리는 물시계를 설명하고 있으며, 이는 ''나디카''(약 24분) 단위로 시간을 측정한다. 수르야 시다탄타(5세기)에는 떠오르고 가라앉는 구리 용기 형태의 물시계가 언급되어 있다.[11] 날란다 마하비하라라는 고대 불교 대학에서는 물시계를 이용하여 4시간 간격을 측정했는데, 이는 더 큰 그릇에 가득 찬 물 속에 두 개의 큰 부표가 들어 있는 비슷한 구리 그릇으로 구성되었다. 그릇은 바닥의 작은 구멍을 통해 물이 채워졌고, 가득 차면 가라앉았으며, 낮에는 북소리로 알렸다. 추가되는 물의 양은 계절에 따라 달랐고, 대학의 학생들이 시계를 작동시켰다.[12]
바라하미히라가 6세기에 저술한 판차 시다탄티카에도 유사한 물시계에 대한 설명이 나와 있으며, 수르야 시다탄타의 설명에 대한 추가적인 세부 사항을 덧붙이고 있다. 7세기 수학자 브라마굽타가 저술한 브라마스푸타시다탄타에도 추가적인 설명이 기록되어 있다. 8세기 천문학자 랄라는 측정값과 함께 자세한 설명을 기록했는데, ''가티''를 1나디카 후에 완전히 채워지는 구멍이 있는 반구형 구리 용기로 묘사하고 있다.[13]
2. 4. 중국
고대 중국을 비롯한 동아시아 전역에서 물시계는 천문학과 점성술 연구에 매우 중요한 역할을 했다. 가장 오래된 기록에 따르면 중국에서 물시계가 사용된 것은 기원전 6세기였다.[14] 기원전 200년경부터 중국 전역에서 유출형 물시계는 부표(浮箭漏, fú jiàn lòu)에 실린 지시봉을 사용하는 유입형 물시계로 거의 대체되었다.[14]한나라의 철학자이자 정치가인 환탄(桓譚)(기원전 40년~서기 30년)은 궁중에서 물시계를 담당하는 관리였는데, 온도와 습도가 물시계의 정확도에 미치는 영향 때문에 해시계와 비교해야 했다고 기록했다. 이는 당시 증발과 온도가 물의 흐름 속도에 미치는 영향을 알고 있었음을 보여준다.[15]
천구의를 이용해 천문 현상을 보여주는 기계 장치를 물시계로 작동시키기 시작한 것은 한나라의 장형(張衡)(78년~139년)으로, 117년에 물레방아도 사용했다.[18] 장형은 저수조와 유입 용기 사이에 보상용 용기를 추가한 최초의 중국인이었는데, 이는 저수조의 수두(水頭) 저하 문제를 해결했다.[14]
장형의 독창성은 당나라의 이형(一行)(683년~727년)과 량령잔(梁令瓚)이 725년에 물레방아 연결식 탈진 기구로 작동하는 시계를 만들게 했다.[19] 같은 기구는 송나라의 수송(蘇頌)(1020년~1101년)이 1088년에 자신의 천문시계탑을 작동시키는 데 사용했고, 체인 드라이브도 사용했다.[20] 수송의 시계탑은 약 9.14m가 넘는 높이로, 관측을 위한 청동으로 만든 동력 구동 천구의, 자동으로 회전하는 천구, 그리고 시간이나 특별한 시간을 알리는 종이나 징을 울리고 안내판을 보여주는 인형이 바뀌는 다섯 개의 전면 패널을 가지고 있었다.
2000년대에 베이징의 고루에는 유출형 물시계가 작동되고 관광객들에게 전시되고 있다. 이것은 자동 인형 장치와 연결되어 있어 15분마다 작은 놋쇠 인형이 심벌즈를 치도록 되어 있다.[21]
한(漢)대의 하루는 “백각제(百刻制)”였으며, 1각(一刻)은 현재의 14분 24초에 해당했다. 낮(69각)에는 해시계가 사용되었고, 밤에는 누각(漏刻)이 사용되어 “야누일각(夜漏一刻)”부터 “야누삼십일각(夜漏三十一刻)”까지 세었다. 이 시기 출토된 누각으로는 높이 30cm, 지름 10cm의 누호(漏壺)가 있다. 작은 마개에서 물을 흘려 부표가 가라앉는 것을 통해 상부에서 시간을 표시했지만, 백각제는 서민 생활에는 필요하지 않았고, 관리들이 문서나 물품 수령 기록에 시간을 적거나, 다른 관청에 전달할 때 지연을 막기 위해 출입 시간을 기록하고, 천체 관측 시에도 사용되었다.[70]
한나라 중산정왕(中山靖王) 유승(劉勝)의 무덤으로 전해지는 허베이성(河北省) 만청현(滿城縣)의 “만청 1호 한묘(滿城一號漢墓)”에서 청동 누호(漏壺)가 출토되었다.[71] 후한(後漢)에서는 누호(漏壺)를 2단식으로 하여 수량 조절을 용이하게 했지만, 장형(張衡)은 수력으로 톱니바퀴를 돌려 천구의를 움직이는, 누각(漏刻)과 천구의를 겸비한 수운천구의(渾象)를 발명했다 (2단식 누각 자체가 장형의 발명이라는 설도 있다).[72]
동진(東晉) 손촉(孫綽)은 3단식, 당(唐) 여재(呂才)는 4단식 누각을 발명하여 수류를 항상 일정하게 유지하려 했다.[73] 4단식 누각의 수조는 최상단부터 “야천지(夜天池)”, “일천지(日天池)”, “평호(平壺)”, “만분호(萬分壺)”라 불렸고, 수조(受水槽)는 “수해(水海)”라 불렸다. 최상단 “야천지(夜天池)”는 급수조, 중간 수조인 “일천지(日天池)”, “평호(平壺)”, “만분호(萬分壺)”는 보정 수조로 작용하여, 수조(受水槽) “수해(水海)”에 일정한 간격으로 시간을 새긴 화살표를 띄우고, “수해(水海)” 가장자리에 세운 인형이 가리키는 곳에 따라 시간을 알 수 있었다.
북위(北魏) 이란(李蘭)은 사이펀 원리를 도입하여 물 무게 변화로 시간 변화를 나타내는 저누(秤漏)를 발명했다.[74] 북송(北宋) 연숙(燕肅)은 수량을 일정하게 유지하기 위해 여분의 물을 제거하는 평수호(平水壺)를 도입했고, 심괄(沈括) 등이 개량하여 이후 누각의 기본 형태가 되었다.[75]
2. 5. 페르시아
이란 고원, 특히 야즈, 이스파한, 지바드(Zibad), 고나바드와 같은 사막 지역에서 물시계 사용은 기원전 500년까지 거슬러 올라간다.[22] 이후에는 이란의 이슬람 이전 종교의 중요한 날짜, 즉 노루즈(춘분), 메흐레간(추분), 티르간(하지), 얄다의 밤(동지) – 1년 중 가장 짧고 긴, 그리고 낮과 밤의 길이가 같은 날 –을 결정하는 데에도 사용되었다. '펜간'(pengan, 후에 '펜잔'(fenjan)으로 불림)이라고 불리는 물시계는 연간 달력을 측정하는 데 사용된 가장 실용적인 고대 도구 중 하나였다.[23][24] 농부들이 관개를 위해 카나트(qanat)나 우물에서 물을 끌어올리는 시간이나 양을 계산하는 데 가장 정확하고 흔히 사용되는 시계였으며, 더 정확한 현대 시계가 등장할 때까지 사용되었다.[25][26]페르시아 물시계는 카나트의 지분 소유자들이 농장이나 정원에 물을 돌릴 수 있는 시간을 계산하는 데 실용적이고 유용하며 필요한 도구였다. 카나트는 건조 지역에서 농업과 관개를 위한 유일한 수원이었기 때문에 공정한 물 분배가 매우 중요했다. 따라서 매우 공정하고 현명한 노인이 물시계 관리자, 즉 '미르 아브'(mir āb)로 선출되었고, 최소 두 명의 상근 관리자가 시간을 관리하고 관찰하며 일출부터 일몰까지 낮과 밤의 정확한 시간을 알렸다. 지분 소유주들은 일반적으로 낮과 밤 소유주로 나뉘었기 때문이다.[27]
페르시아 물시계는 물로 가득 찬 큰 항아리와 가운데 작은 구멍이 뚫린 그릇으로 구성되었다. 그릇이 물로 가득 차면 항아리에 가라앉았고, 관리자는 그릇을 비우고 다시 항아리의 물 위에 올려놓았다. 관리자는 그릇이 가라앉은 횟수를 항아리에 작은 돌을 넣어 기록했다.[27] 시계가 설치된 장소와 관리자들은 집합적으로 '카네 펜간'(khane pengān)으로 알려져 있었다. 일반적으로 카네 펜간은 서쪽과 동쪽을 향한 창문이 있어 일몰과 일출 시간을 보여주는 공공 건물의 꼭대기 층이었다. 지바드의 물시계는 1965년까지 사용되었고,[24] 현대 시계로 교체되었다.[23]
Callisthenes영어에 따르면, 페르시아인들은 기원전 328년에 물시계를 사용하여 농업용 관개를 위해 카나트에서 주주들에게 물을 공정하고 정확하게 분배했다. 특히 고나바드와 지바드의 카나트에서의 물시계 사용은 기원전 500년까지 거슬러 올라간다.[63][64] 이후 노루즈나 야르다 등 이슬람 이전 종교의 정확한 명절을 결정하는 데에도 사용되었다.
페르시아에서 펜자한이라고 불린 물시계는 농민들이 관개를 위해 카나트 또는 우물에서 물이 공급되어야 할 양 또는 시간을 계산하기 위한 가장 정확하고 일반적으로 사용되는 시계였으며, 더 정확한 현대식 시계로 대체될 때까지 사용되었다.[65][66][67][68]
펜자한은 카나트의 권리자들이 각각의 농지에 공급하는 물의 시간 길이를 계산하기 위한 실용적이고 유용한 도구였다. 카나트(카레즈)는 건조 지역의 농업과 관개를 위한 유일한 수원이었기 때문에 공정하고 공평한 물 분배가 매우 중요했다. 그래서 매우 공정하고 현명한 노인이 미르아브(MirAab)라고 불리는 관리자로 선출되었다. 최소한 두 명의 상근 관리자가 펜자한(시간)의 수를 통제하고 감시하며, 일출부터 일몰까지 낮과 밤의 정확한 시간을 알려야 했다. 권리자들은 일반적으로 "낮의 물 권리자"와 "밤의 물 권리자"로 나뉘었기 때문이다.[69]
펜자한은 물로 채워진 큰 항아리와 중앙에 작은 구멍이 있는 작은 그릇으로 구성되어 있었다. 그릇은 물로 채워지고, 가득 차면 항아리 바닥에 가라앉았다. 그러면 관리자는 그릇을 비우고 다시 항아리의 물 위에 놓고, 병에 작은 돌을 넣어 그릇이 가라앉은 횟수를 기록했다.[69] 물시계가 놓여 있던 장소와 그 관리자는 합쳐서 하네-펜자한(펜자한의 집)이라고 불렸다. 일반적으로 이 하네-펜자한은 공공 건물의 최상층에 있었고, 일출과 일몰 시간을 확인할 수 있도록 서쪽과 동쪽을 향한 창문이 있었다. 아스트롤라베라는 또 다른 시간 관리 도구도 있었지만, 주로 미신적인 신앙에 사용되었고, 농민의 달력으로서 사용하기에는 실용적이지 않았다.
지바드와 고나바드의 물시계는 1965년[66]까지 사용되다가 현대식 시계로 대체되었다.[65]
2. 6. 그리스-로마
클렙시드라라는 단어는 그리스어로 "물 도둑"을 의미한다.[29] 그리스인들은 물의 흐름이 줄어드는 문제를 해결함으로써 물시계를 상당히 발전시켰다. 그들은 여러 유형의 유입식 클렙시드라를 도입했는데, 그중 하나는 최초의 피드백 제어 시스템을 포함했다.[30] 크테시비오스는 다이얼과 포인터와 같은 지시계 시스템을 발명했다.[31] 로마의 기술자 비트루비우스는 징이나 나팔로 작동하는 초기 알람 시계를 설명했다.[31]일반적으로 사용되는 물시계는 간단한 유출식 클렙시드라였다. 이 작은 토기에는 바닥 근처 측면에 구멍이 있었다. 그리스와 로마 시대 모두 이러한 유형의 클렙시드라는 법정에서 발언자에게 시간을 할당하는 데 사용되었다. 사람의 목숨이 위태로운 중요한 사건의 경우에는 완전히 채웠지만, 사소한 사건의 경우에는 부분적으로만 채웠다. 서류를 검토하는 등 어떤 이유로든 절차가 중단되면, 발언자가 변론을 재개할 수 있을 때까지 클렙시드라의 구멍은 밀랍으로 막았다.[32]
일부 학자들은 클렙시드라가 아테네 매춘 업소에서 고객 방문 시간 제한을 두는 데 사용되었을 가능성을 의심하고 있다.[33] 기원전 3세기 초, 헬레니즘 시대의 의사 헤로필로스는 알렉산드리아에서 환자 진료 시 휴대용 클렙시드라를 사용하여 맥박을 측정했다. 연령대별 맥박 수를 경험적으로 얻은 데이터 세트와 비교하여 질병의 강도를 판단할 수 있었다.[33]
기원전 270년부터 서기 500년 사이, 헬레니즘(크테시비오스, 알렉산드리아의 헤론, 아르키메데스)과 로마의 시계 제작자 및 천문학자들은 더욱 정교한 기계식 물시계를 개발했다. 복잡성이 증가한 것은 물의 흐름을 조절하고 시간의 흐름을 더욱 화려하게 표시하기 위한 것이었다. 예를 들어, 일부 물시계는 종과 공을 울렸고, 다른 물시계는 문과 창문을 열어 사람 모형을 보여주거나, 포인터와 다이얼을 움직였다. 어떤 것은 우주의 점성술 모형까지 보여주었다. 기원전 3세기의 엔지니어 비잔티움의 필론은 그의 저술에서 이미 이탈 장치가 장착된 물시계를 언급했는데, 이는 가장 초기의 알려진 이탈 장치이다.[34]
크테시비오스는 기어와 다이얼 지시계를 통합하여 일 년 내내 낮의 길이가 바뀌는 것에 따라 시간을 자동으로 표시하는 물시계를 발명했다. 당시 사용되던 시간 측정 방식 때문이다. 그리스 천문학자 키루스의 안드로니쿠스는 기원전 1세기 전반기에 아테네 시장(아고라)에 있는 그의 호로로기온, 오늘날의 바람의 탑 건설을 감독했다. 이 팔각형 시계탑은 학자들과 쇼핑객들에게 해시계와 풍향계를 모두 보여주었다. 내부에는 기계식 클렙시드라가 있었지만, 사용된 표시 방식은 확실히 알 수 없다. 가능성으로는 시간을 표시하기 위해 위아래로 움직이는 막대, 시간을 알리기 위해 종을 치는 물로 작동하는 자동 장치, 천장에 있는 움직이는 별 디스크 등이 있다.[35]
2. 7. 중세 이슬람 세계
중세 이슬람 세계(632-1280)에서 물시계 사용은 알렉산드리아의 부상과 함께 이집트에서 아르키메데스 시대부터 시작되어 비잔티움 제국을 거쳐 계속 이어졌다. 하지만 아랍의 기술자인 알자자리(Al-Jazari)가 만든 물시계는 이전의 어떤 것보다도 훨씬 뛰어나다고 평가받는다.
알자자리의 1206년 논문에는 그가 고안한 물시계 중 하나인 코끼리 물시계에 대한 설명이 나온다. 이 시계는 시간의 경과를 기록했는데, 이는 일 년 내내 일의 길이가 일정하지 않기 때문에 유량을 매일 바꿔야 함을 의미한다. 이를 위해 시계에는 두 개의 탱크가 있었는데, 위쪽 탱크는 시간 표시 장치에 연결되었고, 아래쪽 탱크는 유량 조절기에 연결되었다. 기본적으로 새벽에 수도꼭지를 열면 위쪽 탱크에서 아래쪽 탱크로 물이 흘러 들어가는데, 부표 조절기가 받는 탱크의 압력을 일정하게 유지한다.[37]
가장 정교한 수력 천문 시계는 알자자리(Al-Jazari)의 성곽 시계였는데, 일부 학자들은 이를 초기 프로그래밍 가능한 아날로그 컴퓨터의 예로 간주한다(1206).[38] 이것은 약 약 3.35m 높이의 복잡한 장치였으며, 시간 측정 외에도 여러 기능을 가지고 있었다. 여기에는 황도 12궁과 태양 및 달의 궤도 표시가 포함되어 있었고, 초승달 모양의 지침 장치가 관문 상단을 가로질러 이동했는데, 이는 숨겨진 수레에 의해 움직여 매 시간마다 자동으로 문이 열리면서 인형이 나타나게 했다.[39][40] 일 년 내내 낮과 밤의 길이 변화를 고려하여 낮과 밤의 길이를 다시 프로그래밍할 수 있었고, 물레에 연결된 숨겨진 캠축에 의해 작동되는 레버로 움직일 때 자동으로 음악을 연주하는 다섯 명의 음악가 자동 인형도 있었다.[38] 성곽 시계의 다른 구성 요소에는 부표가 있는 주 저장소, 부표실과 유량 조절기, 판과 밸브 트러프, 두 개의 도르래, 황도 12궁을 표시하는 초승달 디스크, 그리고 항아리에 공을 떨어뜨리는 두 마리의 매 자동 인형이 포함되어 있었다.[41]
복잡한 분할 및 주전원 기어를 사용한 최초의 물시계는 이보다 앞서 이슬람 이베리아의 아랍 기술자 이븐 칼라프 알무라디(Ibn Khalaf al-Muradi)가 1000년경에 발명했다. 그의 물시계는 11세기 중국의 여러 물시계와 마찬가지로 물레에 의해 구동되었다.[42] 비슷한 물시계가 다마스쿠스와 페스에서 제작되었다. 후자(다르 알마가나(Dar al-Magana))는 오늘날까지 남아 있으며 그 메커니즘이 재구성되었다. 이러한 복잡한 기어를 사용한 최초의 유럽 시계는 1365년경 조반니 데 돈디가 만든 천문 시계였다. 중국과 마찬가지로 당시 아랍 기술자들도 일부 물시계에 사용한 탈진기 메커니즘을 개발했다. 탈진기 메커니즘은 정수두 시스템 형태였으며, 무거운 부표가 추로 사용되었다.[42]
2. 8. 한국
718년, 통일신라 시대에 당나라를 본떠 처음으로 물시계 제도를 설치하였다.[43] 1434년 조선 세종 시대에 궁궐의 수호병이자 나중에 수석 기술자가 된 장영실이 자격루를 제작했다.
자격루는 장치기구를 사용하여 자동으로 시간을 알리는 물시계였다. 세 개의 나무 인형이 시간을 알리기 위해 물건을 쳤다. 이러한 혁신 덕분에 '닭치는 사람'으로 알려진 사람이 계속 물을 채워 넣을 필요가 없어졌다.
이 시계는 시각 및 청각 신호를 사용하여 두 가지 시간을 자동으로 알릴 수 있다는 독특한 점이 있었다.[44] 장영실은 아날로그 시간을 측정하고 디지털 시간을 동시에 알릴 수 있도록, 그리고 물의 작동 메커니즘과 공을 사용한 타격 메커니즘을 분리할 수 있도록 하는 신호 변환 기술을 개발하였다.[45] 이 변환 장치는 '방목'이라고 불렸으며, 시간을 측정하는 유입 용기 위에 설치되었는데, 세계 최초의 장치였다.[46] 따라서 보루각 자격루는 시계 역사상 최초의 수력 기계식 이중 시간 시계이다.[47][48]
2. 9. 일본
덴지 천황은 일본 최초의 물시계인 누각(漏刻)을 만들었다.[53] 『일본서기』에 따르면, 671년 6월 10일(덴지 천황 10년 4월 25일)에 덴지 천황이 누각을 설치하고 시보(時報)를 시작했다.[53] 1981년 발견된 아스카데라 서쪽의 미즈오토치 유적이 이 누각의 유구로 추정된다.[53] 6월 10일은 일본에서 "시간의 기념일"로 지정되어 있다.[53]『속일본기』 보규 5년(774년) 11월 10일조에는 무쓰쿠니시가 "무쓰는 다자이후와 마찬가지로 위기를 경계해야 하는 땅이지만, 다자이후에는 물시계가 있는데 무쓰국에는 없다. (중략) 시각은 기록할 필요가 있다"는 상소를 올려 무쓰국에도 물시계를 설치했다는 기록이 있다. 이를 통해 고대에는 국경 지역에 물시계가 중요하게 여겨졌음을 알 수 있다.
『일본삼대실록』 덴안 2년(858년) 10월조에는 음양료의 누각에서 물을 넣으면 소리가 나는 기이한 현상이 있었다는 기록이 있다.[76]
누각은 헤이조쿄와 헤이안쿄에도 설치되었고, 천황 행차 시 동행하는 간편한 누각도 만들어졌다. 헤이안 시대 다이지 2년(1127년) 음양료 화재 때 음양료의 누각은 무사했지만, 호겐 2년(1157년)에 복구되었다.[77] 그러나 이후 음양료의 누각 기록은 끊겼다. 겐큐 9년(1198년) 고토바 천황 행차에 누각이 따랐다는 기록이 있어[77], 가마쿠라 시대 초기까지는 사용되었음을 알 수 있다.
3. 작동 원리 및 구조
물시계는 물의 유입 또는 유출을 통해 시간을 측정하는 장치이다. 점성을 무시하면 이러한 시계를 연구하는 데 필요한 물리적 원리는 토리첼리의 정리이다. 물시계에는 유입식과 유출식 두 가지 종류가 있다. 유출식 물시계는 용기에 물을 채우고 용기에서 물이 천천히 그리고 고르게 빠져나가도록 하며, 유입식 물시계는 용기에서 물이 빠져나가는 대신 눈금이 표시된 용기에 물이 채워지는 방식이다.[2]
일부 현대의 시계는 "물시계"라고 불리지만 고대의 물시계와는 다르게 작동한다. 진자로 시간을 측정하지만, 물은 물레방아 등을 사용하여 시계를 작동하는 동력을 제공하거나, 시계 표시 장치에 물을 사용하는 등 다른 목적으로 사용된다.
그리스와 로마는 초기 피드백 시스템, 기어, 탈진기 장치를 포함하는 유입식 물시계 설계를 발전시켰다. 비잔티움, 시리아, 메소포타미아에서도 복잡한 분할 기어와 주행기어, 물레방아, 프로그래밍 기능을 통합한 더 정확한 물시계가 개발되었고, 이는 결국 유럽으로 전파되었다. 중국에서는 독자적으로 기어, 탈진기, 물레방아를 통합한 고급 물시계를 개발하여 한국과 일본으로 전파했다.
일본에서는 일본서기에서 천지천황 10년 4월 25일(671년6월 10일)에 천지천황이 물시계를 만들고 시보를 시작했다고 전해진다. "누각"은 사이펀 원리를 이용하여 계단식 수조에 물을 떨어뜨리는 구조였다.
물시계 정확도는 물의 점성이 온도에 따라 변하므로 영향을 받는다.[49]
3. 1. 유출식 물시계
유출식 물시계는 용기에 물을 채우고, 물이 천천히 빠져나가면서 시간의 흐름을 측정한다. 용기에는 시간의 흐름을 나타내는 눈금이 표시되어 있다. 물이 용기에서 빠져나가면, 물의 수위가 눈금과 일치하는 곳을 보고 경과된 시간을 알 수 있다.[2]
고대 이집트의 물시계는 석고 용기를 사용하여, 물을 일정한 유량으로 용기 밖으로 흘려 보내 감소하는 눈금을 읽는 "유출형"이었다.[51] 이 시대의 단순한 유출식 물시계는 바닥에 작은 구멍이 뚫린 돌로 만든 용기였으며, 수면의 하강 속도를 가능한 한 일정하게 하기 위해 아래로 갈수록 좁아지는 형태를 하고 있었다. 내부에는 "1시간"을 측정하기 위한 눈금이 새겨져 있었는데, 그 눈금은 (부정시법에 맞춘 각 월용 눈금이라는 점에서) 12종류가 있었다. 카르나크 신전의 물시계는 야간에 사제들이 적절한 시간에 의식을 거행하기 위해 사용되었다.[58] 이러한 물시계들은 아마 낮에도 사용되었을 것이다.
바빌로니아에서는 물시계가 유출형이며 원통형이었다. 천문학용 물시계의 사용은 고대 바빌로니아 시대(기원전 2000년경 - 기원전 1600년경)까지 거슬러 올라간다고 추정된다.[59]
3. 2. 유입식 물시계
유입식 물시계는 용기에 물을 채워가면서 시간의 흐름을 측정하는 장치이다. 물이 채워지는 용기에는 눈금이 표시되어 있어, 물의 수위를 보고 경과 시간을 알 수 있다. 유입식 물시계는 유출식 물시계와 기본적으로 같은 방식으로 작동하지만, 용기에서 물이 빠져나가는 대신 눈금이 표시된 용기에 물이 채워지는 방식이라는 차이점이 있다. 용기가 채워짐에 따라 관찰자는 물이 눈금과 만나는 곳을 보고 경과된 시간을 알 수 있다.[2]그리스와 로마에서는 초기 피드백 시스템, 기어, 탈진기 장치 등을 포함하는 유입식 물시계 설계를 발전시켰다. 이러한 장치들은 기발한 자동인형과 연결되어 정확도를 향상시키기도 했다.
3. 3. 정확도
물의 점성은 온도에 따라 변하므로, 물시계의 정확도는 온도에 영향을 받는다. 하겐-푸아죄유 방정식에 따라 점성이 유출 속도를 지배한다.[49] 액체는 일반적으로 온도가 높아짐에 따라 점성이 감소한다. 물의 경우, 0°C와 100°C 사이에서 점성은 약 7배 정도 변한다. 따라서 물시계는 100°C에서 0°C보다 약 7배 빠르게 작동한다. 물은 20°C에서 30°C보다 약 25% 더 점성이 높으며, 섭씨 1도의 온도 변화는 점성을 약 2% 변화시킨다.[50] 따라서 특정 온도에서 정확한 시간을 유지하는 물시계는 섭씨 1도 더 따뜻하거나 차가운 경우 하루에 약 30분 정도 빨라지거나 느려진다. 하루에 1분 이내의 오차를 유지하려면 온도를 0.033°C(약 약 -17.8°C) 이내로 제어해야 한다. 고대에는 이러한 방법이 사용되었다는 증거는 없으므로, 고대의 물시계는 현대 기준으로 볼 때 신뢰할 수 있을 정도로 정확하지 않았을 것이다. 그러나 물시계는 해시계를 기준으로 매일 물을 채울 때 재설정되었을 가능성이 높으므로 누적 오차는 크지 않았을 것이다.4. 사회문화적 의의
물시계는 단순한 시간 측정 도구를 넘어, 사회 전반에 큰 영향을 미쳤다. 해시계와 마찬가지로 매우 오래된 시계이며, 야간에 사용할 수 없는 해시계의 단점을 보완하기 위해 만들어졌다.[53]
고대 그리스와 로마 문명은 물시계 설계를 발전시켜 정확도를 높였으며, 이는 동로마 제국과 이슬람 시대를 거쳐 유럽에서 발전했다. 중국에서도 독자적으로 발전된 물시계를 만들었고, 이는 조선과 일본으로 전파되었다.[54]
산업혁명 이전에는 물시계가 천문학과 점성술에 주로 사용되었고, 해시계를 기준으로 눈금이 새겨졌다. 물시계는 변호사가 법정에서 발언하는 시간, 매춘 업소의 근무 시간, 야경꾼의 근무 시간, 교회에서의 설교나 미사 시간 등을 재는 데 사용되었다. 17세기 유럽에서 더 정확한 흔들이 시계가 발명되기 전까지 1000년 동안 가장 정확하고 많이 사용되는 시계였다.[54]
4. 1. 농업
페르시아에서는 물시계를 사용하여 카나트에서 농부들에게 물을 공정하게 분배하고, 관개 시간을 계산했다.[63][64] 카나트는 건조 지역에서 농업과 관개를 위한 유일한 수원이었기 때문에 공정한 물 분배가 매우 중요했다.[69]이를 위해 매우 공정하고 현명한 노인이 '미르 아브'(mir āb)로 선출되어 물시계를 관리했다. 최소 두 명의 상근 관리자가 낮과 밤의 정확한 시간을 알렸다. 권리자들은 일반적으로 낮과 밤 소유주로 나뉘었기 때문이다.[69]
페르시아 물시계는 물로 가득 찬 큰 항아리와 가운데 작은 구멍이 뚫린 그릇으로 구성되었다. 그릇이 물로 가득 차면 항아리에 가라앉고, 관리자는 그릇을 비우고 다시 항아리의 물 위에 올려놓았다. 그는 그릇이 가라앉은 횟수를 항아리에 작은 돌을 넣어 기록했다.[69]
이러한 물시계는 더 정확한 현대식 시계로 대체될 때까지 사용되었다.[65][66] 지바드(Zibad)와 고나바드(Gonabad)의 물시계는 1965년까지 사용되다가 현대식 시계로 교체되었다.[65][66]
4. 2. 종교
이집트에서는 사제들이 밤 시간을 알아내어 사원 의식과 제사를 정확한 시간에 거행하는 데 물시계를 사용했다.[4] 아멘호테프 3세 시대인 기원전 1417~1379년경, 아문-레 신을 숭배하는 카르나크 신전에서 사용된 것이 가장 오래된 물시계이다.[55] 카르나크 신전의 물시계는 야간에 사제들이 적절한 시간에 의식을 거행하기 위해 사용되었으며,[58] 낮에도 사용되었을 것으로 추정된다.이란 고원에서는 기원전 500년부터 물시계를 사용했으며,[22] 이후에는 노루즈(춘분), 메흐레간(추분), 티르간(하지), 얄다의 밤(동지) 등 이란의 이슬람 이전 종교의 중요한 날짜를 결정하는 데에도 사용되었다.[23][24]
4. 3. 법률 및 행정
그리스와 로마 시대에는 법정에서 발언자에게 시간을 할당하는 데 물시계가 사용되었다. 사람의 목숨이 걸린 중요한 사건에서는 물시계를 가득 채웠고, 사소한 사건에서는 부분적으로만 채웠다. 서류 검토 등으로 절차가 중단되면 발언자가 변론을 재개할 때까지 클렙시드라의 구멍을 밀랍으로 막았다.[32]한나라 시대에는 관리들이 문서나 물품 수령 시간을 기록하는 데 물시계가 사용되었다. 당시에는 하루를 백각(百刻)으로 나누는 백각제(百刻制)를 사용했는데, 1각은 현재의 14분 24초에 해당했다. 낮에는 해시계를 사용하고, 밤에는 누각을 사용하여 "야누일각(夜漏一刻)"부터 "야누삼십일각(夜漏三十一刻)"까지 시간을 측정했다. 이 시기 출토된 누호는 높이 30cm, 지름 10cm 크기였다. 작은 마개에서 물을 흘려 부표가 가라앉는 방식으로 시간을 표시했지만, 백각제는 일반 백성에게는 필요하지 않았고, 관리들이 문서나 물품 수령 시간을 기록하고, 다른 관청에 전달 시 지연을 막기 위해 출입 시간을 기록하거나 천체 관측 시에 사용되었다.[70]
4. 4. 도시 생활
그리스 아테네에서는 매춘 업소에서 고객 방문 시간을 제한하는 데 물시계가 사용되었을 가능성이 있다는 주장이 있다.[33] 2000년대에 베이징의 고루에는 자동 인형 장치가 연결된 유출형 물시계가 전시되어 있었는데, 15분마다 작은 놋쇠 인형이 심벌즈를 치도록 되어 있었다.[21]5. 한국의 자격루
718년 통일신라 시대에 당나라를 본떠 처음으로 물시계(clepsydra) 제도를 설치하였다.[43] 1434년 조선 세종대왕 때 장영실이 보루각 자격루를 제작하였다.
자격루는 장치기구(jack-work mechanisms)를 사용하여 자동으로 시간을 알리는 물시계였다. 보루각 자격루는 시계 역사상 최초의 수력 기계식 이중 시간 시계이다.[47][48]
5. 1. 제작 배경
세종은 백성들의 삶을 개선하고 농업 생산성을 높이기 위해 정확한 시간 측정의 필요성을 인식했다. 이에 1434년, 장영실에게 자동 물시계 제작을 지시했다.[43] 장영실은 시간을 알리기 위해 세 개의 나무 인형이 물건을 치는 장치를 갖춘 자격루를 만들었다. 이 덕분에 '닭치는 사람'으로 알려진 사람이 계속 물을 채워 넣을 필요가 없어졌다.이 시계는 시각 및 청각 신호를 사용하여 두 가지 시간을 자동으로 알릴 수 있다는 특징이 있었다.[44] 장영실은 아날로그 시간과 디지털 시간을 동시에 알릴 수 있도록 하고, 물 작동 메커니즘과 공을 사용한 타격 메커니즘을 분리하는 신호 변환 기술을 개발했다.[45] 이 변환 장치는 '방목'이라고 불렸으며, 시간을 측정하는 유입 용기 위에 설치되었는데, 세계 최초의 장치였다.[46]
5. 2. 특징
자격루는 장치기구(jack-work mechanisms)를 사용하여 자동으로 시간을 알리는 물시계이다. 세 개의 나무 인형이 시간을 알리기 위해 물건을 쳤다. 이러한 혁신 덕분에 '닭 치는 사람'으로 알려진 사람이 계속 물을 채워 넣을 필요가 없어졌다.
이 시계의 독특한 점은 시각 및 청각 신호를 사용하여 두 가지 시간을 자동으로 알릴 수 있다는 것이다.[44] 장영실은 아날로그 시간을 측정하고 디지털 시간을 동시에 알릴 수 있도록, 물의 작동 메커니즘과 공을 사용한 타격 메커니즘을 분리하는 신호 변환 기술을 개발하였다.[45] 이 변환 장치는 '방목'이라고 불렸으며, 시간을 측정하는 유입 용기 위에 설치되었는데, 세계 최초의 장치였다.[46] 따라서 보루각 자격루는 시계 역사상 최초의 수력 기계식 이중 시간 시계이다.[47][48]
5. 3. 의의
718년, 통일신라 시대에 당나라를 본떠 처음으로 물시계(clepsydra) 제도를 설치하였다.[43] 1434년 조선 시대에는 장영실이 세종대왕을 위해 보루각 자격루를 제작하였다.자격루는 시각 및 청각 신호를 사용하여 두 가지 시간을 자동으로 알릴 수 있다는 독특한 점이 있었다.[44] 장영실은 아날로그 시간을 측정하고 디지털 시간을 동시에 알릴 수 있도록, 그리고 물의 작동 메커니즘과 공을 사용한 타격 메커니즘을 분리할 수 있도록 하는 신호 변환 기술을 개발하였다.[45] 이 변환 장치는 '방목'이라고 불렸으며, 시간을 측정하는 유입 용기 위에 설치되었는데, 세계 최초의 장치였다.[46] 따라서 보루각 자격루는 시계 역사상 최초의 수력 기계식 이중 시간 시계이다.[47][48]
『삼국사기』에는 신라가 누각 박사를 두었다는 기록이 있으며, 백제에서 일본으로 역법 등이 전래된 경위를 고려해 볼 때, 삼국 시대에는 중국에서 도입된 누각이 있었을 것으로 추정되지만, 실제 상황은 불분명하다.[82]
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