Номер 37.37, страница 140 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 37. Звуковые волны. Глава 5. Механические колебания и волны - номер 37.37, страница 140.

37.37 [Д. 132] С какой основной целью строители древних русских церквей замуровывали в стены и своды небольшие керамические кувшины-голосники открытым горлышком внутрь помещений?

Решение

Основная цель, с которой строители древних русских церквей замуровывали в стены и своды небольшие керамические кувшины-голосники, была акустической. Эти голосники, обращенные открытым горлышком внутрь помещения, играли роль резонаторов Гельмгольца.

В больших храмах с каменными или кирпичными стенами и сводами звук многократно отражается от твердых поверхностей, создавая сильное эхо (реверберацию). Из-за этого эффекта речь и церковное пение могут становиться гулкими и неразборчивыми. Голосники были призваны решить эту проблему. Каждый кувшин представляет собой акустический резонатор, который настроен на определенную частоту. Когда звуковая волна этой частоты попадает в горлышко сосуда, она вызывает резонансные колебания воздуха внутри, в результате чего звуковая энергия эффективно поглощается и преобразуется в тепло.

Резонансная частота $f$ такого резонатора зависит от его размеров и может быть вычислена по формуле:

$f = \frac{v}{2\pi} \sqrt{\frac{A}{V \cdot L_{eq}}}$

где $v$ — скорость звука, $A$ — площадь поперечного сечения горлышка, $V$ — объём полости кувшина, а $L_{eq}$ — эффективная длина горлышка. Используя голосники разных объемов и с разными размерами горлышек, зодчие могли целенаправленно поглощать звук в широком диапазоне частот, особенно в низкочастотной области, ответственной за гул. Таким образом, они «настраивали» акустику храма, делая звук более чистым и ясным.

Помимо акустической функции, существовала и важная конструктивная причина. Использование полых керамических сосудов вместо сплошной кирпичной или каменной кладки позволяло значительно уменьшить вес сводов и куполов. Это снижало нагрузку на несущие стены и фундамент, что было особенно актуально при строительстве крупных и сложных по архитектуре храмов.

Несмотря на важность облегчения конструкции, именно акустическая функция считается основной, что подтверждается самим названием «голосники» (от слова «голос»).

Ответ: Основная цель замуровывания кувшинов-голосников заключалась в улучшении акустики храма. Они работали как резонаторы Гельмгольца, поглощая избыточные звуковые отражения (эхо), снижая гулкость и делая речь и пение более разборчивыми и чистыми. Второстепенной, но также важной целью было облегчение веса сводов и куполов здания.