Agar gaya Coulomb yang bekerja pada muatan 40

Gaya Coulomb (F) adalah gaya yang ditimbulkan oleh adanya interaksi antara dua muatan yang dipisahkan pada jarak tertentu yang dirumuskan F = k . q1.q2/r2, di mana q1 adalah muatan 1 (C), q2 adalah muatan 2 (C), r adalah jarak kedua muatan, dan k adalah konstanta.

Table of Contents Show

Contoh Soal Gaya Coulomb
Contoh Soal 1
Video yang berhubungan

Apa kabar adik-adik? Semoga kalian selalu dalam keadaan sehat. Materi fisika kita kali ini akan membahas tentang salah satu rumus dalam listrik statis, yakni rumus gaya Coulomb.

Sebagaimana yang dipahami, listrik statis adalah cabang kelistrikan yang kajiannya fokus mempelajari perilaku partikel bermuatan listrik yang terdapat pada suatu benda.

Satu di antara beberapa perilaku tersebut adalah gaya listrik antar muatan, disebut juga dengan gaya Coulomb.

Hampir mirip dengan gaya gravitasi, di mana dua buah benda saling tarik menarik. Perbedaannya adalah gaya Coulomb bukan hanya berupa gaya tarik, tetapi juga berupa gaya tolak.

Lantas, seperti apa sebenarnya hakikat dari gaya Coulomb itu? Bagaimana cara menghitungnya? Nah, hal inilah yang akan dijelaskan pada kesempatan ini.

Baiklah, kita mulai saja pembahasannya...

Apa yang dimaksud dengan gaya Coulomb? Dalam ilmu kelistrikan, gaya Coulomb atau gaya listrik adalah gaya yang ditimbulkan oleh adanya interaksi antara dua partikel bermuatan yang dipisahkan pada jarak tertentu.

Gaya Coulomb antarpartikel terjadi akibat adanya muatan listrik pada masing-masing partikel. Gaya ini hadir dalam dua bentuk, yaitu gaya tarik dan gaya tolak.

Gaya tarik adalah gaya Coulomb yang terjadi pada dua muatan yang tidak sejenis. Sedangkan, gaya tolak terjadi pada dua muatan yang sejenis.

Benjamin Franklin menyarankan agar muatan listrik diberi nama muatan positif dan muatan negatif, untuk membedakan muatan-muatan yang menyebabkan gaya tarik-menarik atau tolak-menolak.

Suatu benda dikatakan bermuatan listrik negatif jika benda tersebut kelebihan elektron, sedangkan suatu benda dikatakan bermuatan listrik positif jika benda tersebut kekurangan elektron.

Sementara itu, benda dikatakan tidak bermuatan (netral) ketika benda tersebut memiliki jumlah muatan positif yang sama dengan jumlah muatan negatifnya.

Orang yang pertama kali menyelidiki hubungan antarmuatan listrik adalah Charles Augustin de Coulomb, seorang fisikawan Prancis.Ia melakukan percobaan menggunakan neraca puntir, seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut ini!

Ketika bola A dan bola B diberi muatan sejenis, keduanya akan tolak menolak. Neraca puntir dengan beban bola A dan cermin akan berputar.Cermin ini digunakan untuk menetukan pergeseran sinar pantul. Oleh karena adanya gaya tolak-menolak, tempat jatuhnya sinar pantul akan berpindah.Untuk mengembalikan keadaan batang penghubung bola A seperti pada posisi semula, dapat dilakukan dengan memutar tombol puntir.Dengan bantuan sinar pantul pada cermin, yaitu sinar yang dipantulkan kembali oleh cermin, berarti bola A dapat dikembalikan ke posisi semula.

Dengan mengetahui besar putaran dari tombol putir, Coulomb berhasil menyelidiki hubungan antargaya, besar muatan, dan jarak antara kedua muatan.

Rumus gaya Coulomb diturunkan dari pernyataan Coulomb berdasarkan hasil percobaannya. Pernyataan tersebut berbunyi:

Gaya interaksi antara dua buah benda titik bermuatan listrik, berbanding lurus dengan hasil kali masing-masing muatan dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua benda tersebut.

Pernyataan di atas umum dikenal dengan Hukum Coulomb, yang dituliskan dengan persamaan matematis:

F = k . q1.q2/r2

Keterangan:

F = gaya Coulomb (N)
q1, q2 = muatan setiap partikel (C)
r = jarak antara kedua muatan (m)
k = konstanta Coulomb 9 x 109 (N/m2C2)

Lantas, bagaimana menentukan besarnya gaya Coulomb pada sebuah partikel bermuatan yang dipengaruhi oleh dua atau lebih muatan lain?Persoalan ini bisa diselesaikan dengan vektor. Perhatikan gambar berikut ini!

Gambar di atas menunjukkan vektor-vektor gaya Coulomb yang bekerja pada muatan q2. Vektor gaya Coulomb pada q2 yang disebabkan oleh q1 adalah F21 (tolak-menolak) dan yang disebabkan oleh q3 adalah F23 (tarik-menarik).

Jadi, ada dua vektor gaya Coulomb yang bekerja pada q2, yaitu F21 dan F23. Gaya total yang bekerja pada q2, yaitu F23 merupakan resultan dari kedua vektor gaya tersebut.

Sehingga persamaannya dapat dituliskan:

F2 = F21 + F23

Secara umum, gaya total yang bekerja pada sebuah muatan merupakan resultan dari gaya-gaya yang bekerja pada muatan tersebut akibat interaksi dengan muatan-muatan yang ada disekitarnya.

Contoh Soal Gaya Coulomb

Berikut ini adalah beberapa contoh soal tentang gaya Coulomb!

Contoh Soal 1

Dua buah muatan masing-masing 20 μC dan 24 μC terpisah pada jarak 12 cm. Hitunglah besar gaya tolak-menolak yang bekerja pada muatan tersebut.

Diketahui:

q1 = 20 μC = 20 x 10-6 C
q2 = 24 μC = 24 x 10-6 C
r = 12 cm = 0,12 m = 12 x 10-2 m
k = 9 x 109 N/m2C2

Ditanyakan:

Penyelesaian:

F = k . q1.q2/r2

= 9 x 109 . 20 x 10-6. 24 x 10-6/(12 x 10-2)2

= 4,32/144 x 10-4

= 300 N

Jadi, besar gaya tolak-menolak antara kedua muatan tersebut adalah 300 N.

Tiga buah muatan masing-masing q1 = 10 μC, q2 = 20 μC, dan q3 = -30 μC, ditempatkan pada titik-titik sudut segitiga sama sisi yang panjang sisinya 40 cm. Berapa besar gaya Coulomb yang bekerja pada muatan q1.

Jawab:

Diketahui:

q1 = 10 μC = 10 x 10-6 C
q2 = 20 μC = 20 x 10-6 C
q3 = -30 μC = -30 x 10-6 C
r = 40 cm = 40 x 10-2 m
k = 9 x 109 N/m2C2

Ditanyakan:

Penyelesaian:

Besarnya gaya antara q1 dan q2 adalah F12 (gaya tolak):

F12 = k . q1.q2/r2

= 9 x 109 . 10 x 10-6. 20 x 10-6/(40 x 10-2)2

= 1,8/1.600 x 10-4

= 11,25 N

Besarnya gaya antara q1 dan q3 adalah F13 (gaya tarik):

F13 = k . q1.q3/r2

= 9 x 109 . 10 x 10-6. 30 x 10-6/(40 x 10-2)2

= 2,7/1.600 x 10-4

= 16,9 N

Besar gaya F1 adalah:

Jadi, besar gaya Coulomb yang bekerja pada muatan q1 adalah 25,54 N.

Jadi, gaya Coulomb (F) adalah gaya yang ditimbulkan oleh adanya interaksi antara dua muatan yang dipisahkan pada jarak tertentu yang dirumuskan F = k . q1.q2/r2, di mana q1 adalah muatan 1 (C), q2 adalah muatan 2 (C), r adalah jarak kedua muatan, dan k adalah konstanta.

Gimana adik-adik, udah paham kan materi Gaya Coulomb di atas? Jangan lupa lagi yah.

Sekian dulu materi kali ini, bagikan agar teman yang lain bisa membacanya. Terima kasih, semoga bermanfaat.

Referensi:

Kamajaya. 2007. Cerdas Belajar Fisika untuk Kelas XII SMA/MA Program IPA. Bandung: Grafindo Media Pratama.
Pauliza, Osa. 2008. Fisika Kelompok Teknologi dan Kesehatan untuk SMK Kelas XII. Bandung: Grafindo Media Pratama.

Rumus Gaya Coulomb dan Cara Menggunakannya (Soal) 2020-10-19T09:54:00-07:00 Rating: 4.5 Diposkan Oleh: Afdan Fisika

Gurumuda.net » Pembahasan Soal Fisika SMA » Contoh soal Hukum Coulomb

10 Contoh soal Hukum Coulomb

1. Dua muatan disusun seperti pada gambar di bawah ini. Muatan di A adalah +8 mikro Coulomb dan muatan di B adalah -5 mikro Coulomb. Besar gaya Coulomb yang bekerja pada kedua muatan adalah… (k = 9 x 109 Nm2C−2, 1 mikro Coulomb = 10−6 C)

Pembahasan
Diketahui :

Ditanya : Besar gaya listrik yang bekerja pada kedua muatan
Jawab :

Rumus hukum Coulomb :

Besar gaya listrik yang bekerja pada kedua muatan :

2. Muatan listrik P = +10 mikro Coulomb dan muatan listrik Q = +20 mikro Coulomb terpisah seperti pada gambar. Besar gaya Coulomb yang bekerja pada kedua muatan adalah…

Pembahasan
Diketahui :

Ditanya : Besar gaya Coulomb yang bekerja pada kedua muatan
Jawab :

Besar gaya Coulomb atau gaya listrik yang bekerja pada kedua muatan adalah 125 Newton.

3. Tiga muatan listrik diletakkan terpisah seperti gambar! Muatan A = -5 mikro Coulomb, muatan B = +10 mikro Coulomb dan muatan C = -12 mikro Coulomb. Besar dan arah gaya listrik pada muatan B adalah…

Pembahasan
Diketahui :

Ditanya : Besar dan arah gaya listrik pada muatan B
Jawab :Gaya listrik pada muatan B adalah resultan gaya listrik antara muatan A dan B dengan gaya listrik antara muatan B dan C.

Gaya listrik antara muatan A dan B :

Muatan A negatif dan muatan B positif sehingga arah gaya Coulomb adalah mendekati muatan A dan menjauhi muatan B (ke kiri).
Gaya listrik antara muatan B dan C :

Muatan B positif dan muatan C negatif sehingga arah gaya Coulomb adalah mendekati muatan C dan menjauhi muatan B (ke kanan).
Resultan gaya listrik pada muatan B :
Arah FAB ke kiri dan arah FBC ke kanan.
FB = FAB – FBC = 675 N – 125 N = 550 Newton.
Arah resultan gaya listrik pada muatan B (FB) = arah gaya listrik FAB, yakni menuju muatan C (ke kanan).

4. Muatan listrik +Q1 = 10 mikro Coulomb, +Q2 = 50 mikro Coulomb dan Q3 terpisah seperti pada gambar. Agar gaya listrik yang bekerja di muatan Q2 = nol maka muatan Q3 adalah…

Pembahasan
Diketahui :
Muatan 1 (q1) = +10 μC = +10 x 10-6 Coulomb
Muatan 2 (q2) = +50 μC = +50 x 10-6 Coulomb
Jarak antara muatan 1 dan 2 (r12) = 2 cm = 0,02 m = 2 x 10-2 m
Jarak antara muatan 2 dan 3 (r23) = 6 cm = 0,06 m = 6 x 10-2 m
Resultan gaya listrik pada muatan 2 (F2) = 0
Ditanya : muatan 3 (q3)
Jawab :Gaya listrik pada muatan 2 adalah resultan gaya listrik antara muatan 1 dan 2 dengan gaya listrik antara muatan 2 dan 3.

Gaya listrik antara muatan 1 dan 2 :

Muatan 1 positif dan muatan 2 positif sehingga arah F12 adalah menuju muatan 3 (ke kanan).
Gaya listrik antara muatan 2 dan 3 :

Muatan 2 positif dan muatan 3 positif sehingga arah F23 adalah menuju muatan 1 (ke kiri).
Resultan gaya listrik pada muatan 2 = 0 :
Arah F12 ke kanan dan arah F23 ke kiri.

5. Pada gambar di samping gaya tolak menolak yang dialami kedua muatan 144 N, maka jarak kedua muatan adalah… (1 μC = 10-6 C dan k = 9.109 N.m2.C-2)

A. 4 cm

B. 5 cm

C. 8 cm

D. 10 cm

E. 12 cm

Pembahasan

Diketahui :

Gaya listrik (F12) = 144 N

Muatan 1 (q1) = 10 μC = 10 x 10-6 C

Muatan 2 (q2) = 4 μC = 4 x 10-6 C

Konstanta Coulomb (k) = 9 x 109 N.m2.C-2

C = Coulomb, N = Newton, m = meter

Ditanya : Jarak kedua muatan (r)

Jawab :

Rumus hukum Coulumb :

Keterangan : F = gaya listrik, k = konstanta Coulomb, q = muatan listrik, r = jarak kedua muatan listrik.

Jarak kedua muatan (r) = 5 x 10-2 meter = 5 x 10-2 x 102 centimeter = 5 centimeter.

Jawaban yang benar adalah B.

6. Dua buah muatan listrik seperti pada gambar di bawah. Jika besar gaya Coulomb yang dialami kedua muatan sebesar 3,6 N, maka besar jarak kedua muatan adalah… (1 μC = 10-6 C dan k = 9.109 N.m2.C-2)

A. 30,0 cm

B. 27,0 cm

C. 9,0 cm

D. 3,0 cm

E. 0,3 cm

E. 12 cm

Pembahasan

Diketahui :

Gaya listrik (F12) = 3,6 N

Muatan 1 (q1) = 9 μC = 9 x 10-6 C

Muatan 2 (q2) = 4 μC = 4 x 10-6 C

Konstanta Coulomb (k) = 9 x 109 N.m2.C-2

C = Coulomb, N = Newton, m = meter

Ditanya : Jarak kedua muatan (r)

Jawab :

Rumus hukum Coulumb :

Keterangan : F = gaya listrik, k = konstanta Coulomb, q = muatan listrik, r = jarak kedua muatan listrik.

Jarak kedua muatan (r) = 0,3 meter = 0,3 x 100 centimeter = 30 centimeter.

Jawaban yang benar adalah A.

7. Tiga muatan titik terletak pada titik-titik sudut segitiga, seperti pada gambar. Besar gaya Coulomb pada titik A adalah… (k = 9.109 N.m2.C-2; 1 μ = 10-6)

A. 10 N

B. 60 N

C. 90 N

D. 90√2 N

E. 100√2 N

Pembahasan

Diketahui :

Muatan A (qA) = -2 μC = -2 x 10-6 C

Muatan B (qB) = 8 μC = 8 x 10-6 C

Muatan C (qC) = 4,5 μC = 4,5 x 10-6 C

Konstanta Coulomb (k) = 9 x 109 N.m2.C-2

Jarak antara muatan A dan B (rAB) = 4 cm = 4 x 10-2 meter

Jarak antara muatan A dan C (rAC) = 3 cm = 3 x 10-2 meter

C = Coulomb, N = Newton, m = meter

Ditanya : Gaya listrik pada titik A

Jawab :

Rumus hukum Coulumb :

Keterangan : F = gaya listrik, k = konstanta Coulomb, q = muatan listrik, r = jarak kedua muatan listrik.

Gaya listrik pada titik A :

FAB dan FAC membentuk sudut siku-siku sehingga resultan gaya dihitung menggunakan rumus Pythagoras.

Jawaban yang benar adalah D.

8. Dua benda bermuatan listrik Q1 dan Q2 berjarak r cm menimbulkan gaya tolak menolak sebesar 10 N. Kemudian muatan Q1 digeser sehingga gaya yang timbul menjadi 40 N. Konstanta k = 9 x 109 N.m2.C-2, maka muatan Q1 harus dipindahkan sebesar…

A. 1/2 r menjauhi Q2

B. 1/2 r mendekati Q2

C. 1 r menjauhi Q2

D. 2 r mendekati Q2

E. 2 r menjauhi Q2

Pembahasan

Diketahui :

Jarak Q1 dan Q2 = r cm

Gaya tolak menolak (F) = 10 N

Jika muatan Q1 digeser, gaya tolak menolak (F) = 40 N

Konstanta (k) = 9 x 109 N.m2.C-2

Ditanya : muatan Q1 harus dipindahkan sebesar…

Jawab :

Rumus gaya listrik :

F = k Q1 Q2 / r2

Jarak (r) berbanding terbalik dengan gaya (F). Artinya jika gaya semakin besar maka jarak antara muatan semakin kecil. Jadi muatan Q1 harus digeser mendekati muatan Q2.

Jawaban yang benar adalah B.

9. Muatan listrik +q3 = 20 μC, +q2 = 10 μC dan q1 terpisah seperti pada gambar. Agar gaya Coulomb yang bekerja pada muatan q2 = nol maka muatan q1 adalah …A. +2 μCB. –2 μCC. +5 μCD. –5 μCE. +8 μC

Pembahasan :

Diketahui :
+q3 = 20 μC
+q2 = 10 μC
Ditanya :
q1 = ?
Jawab :
Pada muatan q2 bekerja gaya F23 dan F21, di mana F23 berarah ke kiri. Agar resultan gaya yang bekerja pada q2 sama dengan nol maka q1 harus positif sehingga gaya F21 berarah ke kanan.

Muatan q1 = +5 μC.
Jawaban yang benar adalah C.

10. Tiga muatan listrik +q1= 5 μC, +q2 = 10 μC dan +q3 = 10 μC segaris. Bila a = 10 cm maka besar dan arah gaya listrik yang bekerja pada muatan q2 adalah… (k = 9 x 109 Nm2C-2)

A. 7,5 N menuju q1
B. 11,25 N menuju q2
C. 15 N menuju q1
D. 22,5 N menuju q1
E. 78,75 N menuju q1Pembahasan :

Diketahui :

q1= 5 μC, q2 = 10 μC dan q3 = 10 μC
a = 0,1 m

Ditanya :
Besar dan arah resultan gaya Coulomb pada q2 ?
Jawab :
Terdapat dua gaya Coulomb yang bekerja pada q2, yakni F21 dan F23, di mana arah kedua gaya ini berlawanan. q1 positif dan q2 positif sehingga gaya F21 berarah ke kanan (menuju q3). q2 positif dan q3 positif sehingga gaya F23 berarah ke kiri (menuju q1).

Besar resultan gaya listrik = 90 N – 11,25 N = 78,75 N.
Arah resultan gaya sama dengan arah gaya F23, menuju q1.
Jawaban yang benar adalah E.