Đồng hồ cát trang trí

Đồng hồ cát là một thiết bị đo thời gian gồm hai bình thủy tinh liên kết bằng một cổ hẹp, cho phép cát mịn chảy từ bình này sang bình khác với tốc độ ổn định. Khi cát đã chảy hết từ bình này sang bình kia, đồng hồ cát sẽ được lật ngược để cát chảy ngược trở lại. Thời gian cát chảy bị ảnh hưởng bởi dung lượng cát, kích thước và hình dáng của bình, độ rộng của cổ eo và chất lượng cát. Hiện nay, đồng hồ cát chủ yếu được dùng để trang trí hơn là ứng dụng thực tế.

Di sản lịch sử

Cổ xưa

Nguồn gốc của đồng hồ cát vẫn chưa rõ ràng. Trước đó, clepsydra hay đồng hồ nước có thể đã được phát minh tại Ấn Độ cổ đại. Theo Học viện Hoa Kỳ New York, đồng hồ cát được phát minh tại Alexandria vào năm 150 TCN. Tạp chí Hiệp hội Khảo cổ học Anh Quốc cho biết đồng hồ cát đã được sử dụng trước thời thánh Jerome (335 SCN), và lần đầu tiên được mô tả trên một chiếc quách từ năm 350 SCN, minh họa đám cưới của Peleus và Thetis, được phát hiện tại Rome vào thế kỷ 18 và nghiên cứu bởi Winckelmann vào thế kỷ 19, nhấn mạnh hình ảnh đồng hồ cát trên tay Morpheus.

Hồi sinh trong thời kỳ Trung Cổ Sơ kỳ

Không có ghi chép nào về sự tồn tại của đồng hồ cát ở châu Âu trước thời kỳ Trung Cổ Sơ kỳ, như trong các phát minh của Hy Lạp cổ đại; bằng chứng sớm nhất xuất hiện vào thế kỷ 8 TCN, khi một tu sĩ người Frank tên là Luitprand đã sáng tạo tại nhà thờ lớn Chartres, Pháp. Tuy nhiên, phải đến thế kỷ 14, đồng hồ cát mới trở nên phổ biến, với bằng chứng sớm nhất được mô tả trong Biểu tượng của chính phủ tốt của Ambrogio Lorenzetti vào năm 1338.

Việc sử dụng đồng hồ cát trên biển có thể được truy nguồn từ thế kỷ 14. Các tài liệu ghi chép chủ yếu từ nhật ký của các tàu châu Âu vào thời điểm đó. Đồng thời, nó cũng xuất hiện trong các ghi chép và danh sách của các cửa hàng tàu thủy. Bằng chứng đầu tiên về một chiếc đồng hồ cát dùng cho biển có niên đại từ năm 1345, được ghi trong biên lai của Thomas de Stetesham, thư ký tàu La George của vua dưới triều đại vua Edward III của Anh. Biên lai này, sau khi được dịch từ tiếng Latinh năm 1345, ghi rõ:

'Cùng với các tài khoản mà Thomas đã thanh toán ở Lescluse, vùng Flanders, cho 12 đồng hồ cát (' pro xii. orlogiis vitreis '), với giá mỗi cái là 4½', tương đương 9s. Đối với bốn đồng hồ cát cùng loại (' de eadem secta '), mua tại đó, giá mỗi cái là 5', tương đương 3s. 4d.'

Đồng hồ cát đã rất được ưa chuộng trên tàu biển vì nó là công cụ đo thời gian đáng tin cậy nhất khi ra khơi. Khác với thuyền buồm, chuyển động của tàu không ảnh hưởng đến đồng hồ cát. Sử dụng chất liệu hạt thay vì dung dịch giúp đồng hồ cát đo thời gian chính xác hơn, vì đồng hồ nước dễ bị đông cứng khi có sự thay đổi nhiệt độ. Các thủy thủ đã phát hiện ra rằng đồng hồ cát có thể giúp họ xác định kinh độ, tức là khoảng cách về phía đông hoặc tây từ một điểm nhất định, với độ chính xác tương đối cao.

Đồng hồ cát cũng rất phổ biến trên đất liền. Khi việc sử dụng đồng hồ cơ học để đo thời gian các buổi lễ nhà thờ ngày càng trở nên phổ biến, nhu cầu về thiết bị đo thời gian tăng cao. Đồng hồ cát có giá thành tương đối rẻ vì không cần công nghệ phức tạp và nguyên liệu dễ kiếm, do đó, khi sản xuất loại thiết bị này trở nên phổ biến, việc sử dụng đồng hồ cát trở nên hợp lý hơn.

Đồng hồ cát từng được sử dụng phổ biến trong các nhà thờ, hộ gia đình và nơi làm việc để đo thời gian của các buổi giảng, nấu nướng và thời gian nghỉ ngơi của công nhân. Khi đồng hồ cát được dùng nhiều cho các hoạt động hàng ngày, kích thước của nó dần nhỏ lại. Các mẫu đồng hồ cát nhỏ gọn trở nên rất thực tiễn và phổ biến vì sự tiện lợi trong việc đo thời gian.

Sau năm 1500, đồng hồ cát không còn giữ được sự phổ biến như trước. Nguyên nhân là sự phát triển của đồng hồ cơ học, với độ chính xác cao hơn, kích thước nhỏ gọn hơn và giá thành rẻ hơn, giúp việc xem giờ trở nên dễ dàng hơn. Tuy nhiên, đồng hồ cát không hoàn toàn biến mất. Mặc dù nó trở nên ít thiết thực hơn với sự tiến bộ của công nghệ đồng hồ, nhưng đồng hồ cát vẫn được yêu thích nhờ vào thiết kế đặc trưng của nó. Đồng hồ cát cổ nhất hiện vẫn tồn tại và được trưng bày tại Bảo tàng Anh ở London.

Mãi đến thế kỷ 18, John Harrison và con trai James mới phát minh ra đồng hồ đại dương, cải thiện đáng kể độ chính xác của đồng hồ cát trên biển. Dựa trên thiết kế của đồng hồ cát, họ đã chế tạo đồng hồ đại dương vào năm 1761, có khả năng đo chính xác chuyến đi từ Anh đến Jamaica chỉ trong vòng năm giây.

Thiết kế

Rất ít tài liệu giải thích lý do hình dạng của đồng hồ cát. Thiết kế của phần ống kính đã thay đổi qua các thời kỳ. Mặc dù thiết kế cơ bản thường có hình dạng giống như ampun, các ống không luôn luôn được gắn cố định với nhau. Những chiếc đồng hồ cát đầu tiên có hai ống rời, nối với nhau bằng dây bọc và được phủ sáp để giữ các bộ phận và điều chỉnh sự chảy của cát. Đến năm 1760, hai phần ống mới được liên kết chặt chẽ hơn để kiểm soát độ ẩm và áp suất ảnh hưởng đến dòng chảy.

Vật liệu

Một số đồng hồ cát cổ thực sự sử dụng cát làm nguyên liệu chính để đo thời gian, trong khi một số loại khác không sử dụng cát chút nào. Vật liệu chủ yếu được dùng trong hầu hết các đồng hồ cát là một hỗn hợp gồm 'bột đá cẩm thạch, oxít thiếc/chì và vỏ trứng nghiền nát đã được đốt cháy'. Theo thời gian, nhiều loại vật liệu khác nhau đã được thử nghiệm để xác định loại nào cho dòng chảy liên tục nhất. Cuối cùng, người ta phát hiện ra rằng để đạt được dòng chảy tối ưu, tỷ lệ hạt và chiều rộng cổ đồng hồ cát phải là 1/12 hoặc lớn hơn, nhưng không vượt quá 1/2 chiều rộng của cổ đồng hồ cát.

Ứng dụng thực tế

Đồng hồ cát đã được sử dụng từ xa xưa như một công cụ đo thời gian đáng tin cậy và chính xác. Tốc độ dòng chảy của cát không bị ảnh hưởng bởi độ sâu của ống chứa phía trên, và thiết bị này không bị đóng băng trong thời tiết lạnh. Kể từ thế kỷ 15, đồng hồ cát đã được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như biển, nhà thờ, công nghiệp và nấu nướng.

Trong chuyến hành trình vòng quanh thế giới của Ferdinand Magellan, có 18 đồng hồ cát từ Barcelona được đưa lên kho tàu, sau khi chuyến đi được hoàng đế Charles V phê duyệt. Một thủy thủ trên tàu được giao nhiệm vụ lật đồng hồ cát để theo dõi thời gian cho nhật ký tàu. Giữa trưa là mốc thời gian quan trọng cho việc điều hướng, vì mặt trời ở điểm cao nhất, không phụ thuộc vào phần kính. Một số đồng hồ cát được gắn cố định vào khung chung, mỗi cái có thời gian đo khác nhau, chẳng hạn như đồng hồ cát bốn kiểu của Ý từ thế kỷ 17, hiện đang được lưu giữ tại Bảo tàng Khoa học ở South Kensington, London, có khả năng đo thời gian 1/4, 1/2, 3/4 và 1 giờ (cũng được sử dụng trong nhà thờ để linh mục đo thời gian giảng đạo).

Ứng dụng thực tế hiện đại

Mặc dù đồng hồ cát không còn phổ biến để đo thời gian như trước đây, một số tổ chức vẫn duy trì sử dụng chúng. Cả hai tòa nhà Quốc hội Úc đều sử dụng ba đồng hồ cát để đo các hoạt động cụ thể, như phân chia thời gian biểu quyết.

Đồng hồ cát vẫn được sử dụng phổ biến trong các nhà bếp để đo thời gian nấu trứng; đồng hồ cát ba phút là công cụ phổ biến nhất, và do đó cái tên 'đồ tính giờ trứng' đã được dùng để chỉ đồng hồ cát ba phút. Đồ tính giờ trứng có thể được tìm thấy rộng rãi trong các cửa hàng lưu niệm. Đồng hồ cát cũng thỉnh thoảng được dùng trong các trò chơi như Pictionary và Boggle để giới hạn thời gian của mỗi lượt chơi.

Sử dụng làm biểu tượng

Đồng hồ cát đôi khi được trang trí thêm cánh, biểu thị sự kết thúc của cuộc đời và 'lượng cát trong đồng hồ' sẽ cạn dần khi cuộc sống mỗi người trôi qua. Hình ảnh này từng được dùng trên cờ cướp biển để gây nỗi sợ hãi cho nạn nhân. Tại Anh, đồng hồ cát thỉnh thoảng được đặt trong quan tài và trong nhiều thế kỷ đã được khắc trên bia mộ. Đồng hồ cát cũng đóng vai trò biểu tượng trong giả kim thuật, tượng trưng cho thời gian.

Mô típ đồng hồ cát

Với sự đối xứng nổi bật, hình dáng đồ họa giống đồng hồ cát xuất hiện trong nhiều nền văn hóa chưa từng biết đến đồng hồ cát. Cặp tam giác đặt dọc nối tại đỉnh thường thấy trong nghệ thuật của thổ dân châu Mỹ; ở Bắc Mỹ, nó có thể đại diện cho chim sét hoặc (ở dạng dài hơn) một mảnh da đầu của kẻ thù, trong khi ở Nam Mỹ, nó được cho là tượng trưng cho người rừng Chuncho. Trong dệt may của người Zulu, hình đồng hồ cát biểu thị người đàn ông đã kết hôn, trái ngược với cặp tam giác nối ở đế, biểu thị phụ nữ đã kết hôn. Ví dụ từ thời kỳ đồ đá mới có thể thấy trong tranh hang động của Tây Ban Nha. Những nhà nghiên cứu đã đặt tên 'mô típ đồng hồ cát' cho các hình dáng có sự đối xứng phức tạp hơn, như họa tiết vòng tròn và dấu nhân lặp lại từ Quần đảo Solomon. Các nhân vật trong Dự án Tic Toc từ phim truyền hình Đường hầm thời gian và Challengers of the Unknown cũng sử dụng biểu tượng đồng hồ cát để thể hiện sự chuyển động của thời gian hoặc thời gian trôi qua.

• Tài liệu liên quan đến Hourglasses có tại Wikimedia Commons