Лучше использовать пружину с меньшей жёсткостью. Чем больше относительная деформация материала пружины, тем больше отклонение упругих свойств реальной пружины от линейного закона Гука, тем большая часть работы по деформации пружины идёт в тепло, тем хуже выполняется закон сохранения механической энергии в пружине.
При одной и той же силе деформации относительная деформация меньше у мягких пружин, т.к. величина деформации одного витка пружины равна отношению деформации всей пружины к числу витков в пружине.
Дано:
q₁ = q₂ = q₃ = q₄ = Q = 10⁻⁷ Кл
Найти: q₀
Изобразим графически все заряды. Заряды в вершинах квадрата пронумеруем от 1 до 4, заряду в центре квадрата присвоим номер 0.
Если система находится в равновесии, то векторная сумма сил, действующих на каждый из зарядов равна 0. Заметим, что поскольку картинка симметрична относительно центрального заряда, то выбирать его для рассмотрения смысла нет. Выберем для рассмотрения один из зарядов, расположенных в вершинах квадрата, например, № 4.
Запишем:
Введем ось, на которую спроецируем эти силы. Удобно направить эту ось вдоль диагонали квадрата. Тогда, получим:
Введенный угол , так как диагональ квадрата делит его на два равных равнобедренных прямоугольных треугольника.
Подставляя значение косинуса этого угла и расписывая силы Кулона, получим:
Величина соответствует стороне квадрата:
Так как искомый заряд отрицательный, то:
q₀ ≈ -0.96·10⁻⁷ Кл
ответ: -0.96·10⁻⁷ Кл