Водяные часы чаще всего использовали при совершении богослужения, когда требовалось строго отмерять время. На молитву одному божеству полагался час.

В отличие от солнечных часов, водяные можно было использовать и ночью. При ночных астрономических наблюдениях водяные часы применялись как дополнительный прибор. В связи с этим они назывались «ночными часами» и имели своей целью считать только 12 ночных часов.

Существовало два вида водяных часов: наполняющиеся и вытекающие. Наполняющиеся водяные часы содержали две емкости: первая емкость была установлена довольно высоко, а вторая емкость была расположена под первой. Из первой емкости по трубке, расположенной под статуей, истекала вода, наполняя вторую емкость.

На стенках второй емкости были нанесена шкала с делениями для определения уровня. По тому, до какого уровня емкость наполнялась водой, и определялось время.

Вытекающие водяные часы представляли из себя каменную емкость в виде усеченного конуса с маленьким отверстием в дне, из которого по капле вытекала вода. Емкость в виде конуса была необходима для равномерности вытекания воды. Из-за конусообразности сосуда уровень воды уменьшается практически одинаково. Поэтому можно было на внутренней стороне прибора делать отметки на одинаковом расстоянии.

Но сложность была в том, чтобы учесть при этом разную длительность летних и зимних часов. Ночные летние часы были короче зимних, то есть длина самого часа не считалась постоянной. Египтяне придумали наносить деления в виде небольших точек, 12 точек (двенадцать часов) составляли один столбец, столбцов было тоже 12 — это месяцы. Точки, которые отмечали ночные часы, были нанесены в столбцах на разных уровнях. Таким образом, водяные часы учитывали колебание продолжительности ночи в разное время года.

В одном манускрипте имеется расчет для изготовления вытекающих водяных часов. Согласно этому расчету, сосуд должен быть усеченным конусом с соотношением диаметра основания к высоте 1:3, то есть с углом при основании 71°34′. (Оксиринский папирус, II или III век новой эры).

История создания водяных часов не имеет сведений о том, каким образом жители Египта нашли эту форму, которая действительно дает возможность вытекать воде с достаточно равномерным понижением уровня. Но все же такой сосуд не давал полной равномерности убывания уровня воды, небольшая ошибка здесь могла быть. Конус с отношением диаметра основания к высоте, как 2:9 был бы гораздо точнее, но и такие, не совсем точные водяные часы, как свидетельствует история, могли соответствовать потребностям египтян.

Древний Китай

По свидетельству китайских древних документов, водяные часы в Китае были известны в 2696–2597 годах до новой эры, их история есть в книге «Чжоули» (II век до новой эры), рассказывающей об обычаях и церемониях. В ней написано, что имеются водяные часы, отмечающие некие отрезки, на которые поделено время ночи. Это самый древний из известных документов, который позволяет полагать, что история водяных часов начиналась именно в это время и в этом регионе мира.

В четырехугольный бассейн из висящей над ним вазы равномерно лилась вода. По отметкам на стенках бассейна отмечали уровень воды, соответствующий определенным временным интервалам. Об оригинальных водяных часах, где вытекающая вода наполняла емкость, стоящую на весах, рассказывают китайские документы XI века до новой эры. Вес воды в один фунт составлял одну «ке» (100 минут в переводе на наше исчисление времени).

Но самыми распространенными в Китае являлись водяные часы, состоящие из трех и более емкостей с водой, расположенных на разной высоте. У каждой емкости имелось отверстие сбоку, через которое вода равномерно выливалась в нижестоящую емкость. Из всего каскада этих емкостей вода собиралась в последнем, самом нижнем. Нанесенная на нем шкала отмечала уровень воды (время).

Водяные часы появились в Китае, судя по всему, раньше солнечных.

Четыре медных сосуда были расположены один под другим лесенкой и соединены желобками. По ним вода переливалась из одного в другой. Деревянная линейка, прикрепленная к самому нижнему сосуду, поднимаясь по мере наполнения его водой, указывала час. Когда в нижнем сосуде вода доходила до краев, ее переливали в верхний. Специальные люди следили за тем, чтобы вовремя налить новую воду в верхнюю чашу.

В начале XI века китаец Сунн Су изобрел точные водяные часы. Они представляли собой лестницу из четырех ступеней, на каждой из ступеней стоял латунный чан с водой. В нижнем чане вода постепенно двигала поплавок с рейкой, на которую были нанесены деления. Время определялось в соответствии со скоростью перетекания жидкости из одного чана в другой. Таким образом, особенностью этих часов является большое водяное колесо с замкнутым кругооборотом воды, приводящее в движение часы в целом и являющееся некоторой аналогией механического спуска, появившегося позднее в Европе у первых механических часов.

Древний Вавилон

С XVI века до новой эры здесь известны водяные часы. Воду наливали в высокий узкий сосуд с отверстием около дна. Особые люди, приставленные к часам, на восходе солнца наполняли сосуд водой. Когда вся вода выливалась, они громкими криками извещали об этом жителей города и снова наполняли сосуд. Так они поступали шесть раз в день.

Древняя Индия

«Погружаемые» водяные часы появились около 300 лет до новой эры. В широкую емкость, наполненную водой, устанавливали меньший по размеру пустой сосуд с отверстием в дне. Его заполнение — единица измерения времени.

На территории Индии водяные часы также делали в виде маленького корабля, который будучи опущенным в емкость с водой, начинал постепенно тонуть (так как имел отверстие). Единицу измерения составляло время, за которое кораблик касался дна.

Персия

Интересным образцом водяных часов являются древние персидские часы из Зибада (на территории современного Ирана). Это простая и в то же время достаточно точная конструкция, при помощи которой персы рассчитывали время для посадки растений и поливочных работ. В резервуаре с водой находится чаша с небольшим отверстием. В течение определённого промежутка времени она наполняется жидкостью, после чего тонет. Человек, следящий за временем, достаёт чашу, ставит камешек в отверстие на специальной шкале и возвращает пустую чашу обратно в резервуар. Появившись около 300 года до новой эры, в Иране такие часы были популярны вплоть до второй половины XX века, уступив только современным часовым механизмам.

Древняя Греция

Первое упоминание у греков о водяных часах (клепсидре) история относит к 490–430 годам до новой эры. Конструкция клепсидры была проста: глиняный сосуд с несколькими маленькими отверстиями в дне.

В Афинах, где были найдены остатки «городских часов», построенных в 350 году до новой эры, они были установлены для общего пользования. Ход часов контролировался поплавком, который опускался, когда вода через проточное отверстие в дне просачивалась наружу. Поплавок соединялся с валом, который, опускаясь, передвигал стрелку. Степень износа ступенек, ведущих в колодец, позволяет предположить, что резервуар для воды должен был наполняться каждый день.