В вершинах квадрата находятся одинаковые по величине одноименные заряды. Определить величину заряда
, который надо поместить в центр квадрата, чтобы система зарядов находилась в равновесии. Будет ли это равновесие устойчивым?
Условие:
;
— ?
Решение. Рассмотрим силы, действующие на любой из зарядов в вершинах квадрата, например на заряд
. Со стороны зарядов
на него действуют силы
соответственно, причем
, где a — сторона квадрата. Сила, действующая на заряд
со стороны заряда
равна
. Условие равновесия заряда имеет вид
, или в проекции на ось x уравнение
. Или
Откуда
.Согласно теореме Ирншоу, система неподвижных точечных зарядов, находящихся на конечном расстоянии друг от друга, не может находиться в состоянии устойчивого равновесия лишь под действием кулоновских сил.