Arah medan listrik pada titik pojok kanan atas yang tidak ditempati muatan adalah

Soal 1 Pada keempat sudut persegi (sisi = 30 cm) diletakkan empat buah muatan yang sama (5 μC). Tentukan kuat medan listrik di pusat persegi jika: (a). Keempat muatan itu positif, (b) tanda keempat muatan itu berselang-seling (positif dan negatif) jika kita mengitari persegi itu, (c) tanda keempat muatan itu adalah positif-positif-negatif-negatif dan jika kita mengitari persegi itu, (d) salah satu muatan negatif, lainnya positif.

Jawab:

(a) kuat medan listrik di pusat persegi jika keempat muatan itu positif adalah dengan memperhatikan gambar arah medan listrik akibat keempat muatan di bawah ini!

Dari gambar di atas, ditunjukkan bahwa besar medan listrik yang diakibatkan oleh keempat muatan pada titik pusat persegi sama besar yaitu E (besar keempat muatan sama dan posisi keempat muatan ke titik pusat persegi sama besar), maka dengan menggunakan konsep vektor kita peroleh bahwa medan listrik akibat keempat muatan positif pada titik pusat persegi adalah nol.

(b) kuat medan listrik di pusat persegi, jika tanda keempat muatan itu berselang-seling (positif dan negatif) jika kita mengitari persegi itu

Seperti pada bagian (a) gambar di atas menunjukkan bahwa besar medan listrik yang diakibatkan oleh keempat muatan pada titik pusat persegi sama besar yaitu E (besar keempat muatan sama dan posisi keempat muatan ke titik pusat persegi sama besar), maka dengan menggunakan konsep vektor kita peroleh bahwa medan listrik akibat keempat muatan positif pada titik pusat persegi adalah nol.

(c) kuat medan listrik di pusat persegi, jika tanda keempat muatan itu adalah positif-positif-negatif-negatif dan jika kita mengitari persegi itu,

Kuat medan listrik yang bekerja pada titik pusat persegi akibat masing-masing muatan listrik adalah sama besar yaitu

E = kq/r2 = (9 x 109 Nm2/C2)(5 x 10-6 C)/(0,15√2 m)2 = 1,0 x 106 N/C

Maka dari gambar di atas kita dapatkan besar medan listrik yang bekerja pada pusat persegi adalah

Etotal = 2E√2 » 2,83 x 106 N/C (ke arah sumbu x)

(d) kuat medan listrik di pusat persegi, jika salah satu muatan negatif, lainnya positif.

Dari gambar di atas jelas bahwa total medan listrik yang bekerja pada pusat persegi akibat keempat muatan adalah

Etotal = 2E = 2,0 x 106 N/C (menuju muatan negatif)

Soal 2
Tiga muatan identik q positif diletakkan pada titik-titik sudut sebuah segitiga sama sisi, dengan panjang sisinya a. (a) Pada titik manakah dalam bidang segitiga itu, kuat medan listriknya nol? dan (b) berapa besar dan arah kuat medan listrik di titik P akibat dua buah muatan pada alas segitiga?

Jawab:

(a) titik dalam bidang segitiga itu, kuat medan listriknya nol adalah pada pusat segitiga. (Perhatikan gambar di bawah)

Medan listrik di pusat segitiga adalah Etotal = E’ – E = 0 (b) besar dan arah kuat medan listrik di titik P akibat dua buah muatan pada alas segitiga?

Besar medan listrik di titik P akibat masing-masing muatan adalah

E = kq/a2

Maka besar medan listrik total pada titik P akibat kedua muatan adalah

EP = √(E2 + E2 + 2E.E cos 600) = E√3

EP = kq√3/a2

Soal 3

Gambar di samping menunjukkan garis-garis medan listrik untuk sistem dari dua muatan titik. Tentukan:

(a) jenis dari tiap muatan, (positif atau negatif) (b) apakah medan listriknya homogen? (c) Selain tak hingga, di mana titik netral lainnya?

(d) nilai perbandingan qA/qB?

(e) Jika qA dan qB dipisahkan oleh jarak 10(√2 - 1) cm, cari posisi titik netral.

(f) Di mana garis akan bertemu yang berasal dari A dan tidak bertemu di qB? (g) Apakah muatan positif akan mengikuti garis gaya jika bebas bergerak? Jawab:

(a) garis-garis medan listrik keluar dari kutub positif dan menuju kutub negatif, dari gambar jelas ditunjukkan bahwa muatan di titik A positif dan muatan di titik B negatif.

(b) medan listriknya tidak homogen (c) titik netral lainnya selain tak hingga adalah titik C

(d) perbandingan qA/qB = jumlah garis-garis medan listrik di A/jumlah garis-garis medan listrik di B, maka

qA/qB = 12/6 = 2

(e) titik netral berlaku

EA = EB

kqA/(L + x)2 = kqB/x2
(L/x + 1)2 = qA/qB = 2
L/x + 1 = √2
L/x = √2 – 1 x = 10 cm

(f) garis-garis gaya dari qA yang tidak bertemu di qB akan bertemu di tak hingga.

(g) Tidak. Ketika garis-garis gaya melengkung, arah kecepatan dan akselerasi akan berbeda. Karenanya, muatan tidak dapat mengikuti garis gaya. Juga untuk bergerak pada beberapa jalur lengkung, gaya sentripetal diperlukan, sedangkan garis gaya hanya akan memberikan gaya tangensial.

Page 2

Tentang Fisika-Ok3 (FO3)

Web ini diperuntukkan untuk semua orang kususnya pada peserta didik SMP dan SMA dan mahasiswa fisika yang membutuhkan variasi sumber belajar. Web ini dapat berfungsi sebagai pelengkap dari buku atau materi fisika, soal-soal fisika dan penyelesaiannya, dan soal latihan fisika untuk ulangan dan Ujian Nasional yang telah disediakan oleh guru/dosen di sekolah/kampus. www.fisika-ok3.com yang berisi tentang konsep ilmu fisika.

Kami berusaha untuk menyajikan sebanyak-banyaknya konsep ilmu fisika bagi pembaca, agar web ini dapat bermanfaat bagi pembaca yang mengunjungi web ini. Ini semua kami lakukan agar FO3 untuk mendapat tempat di hati pembaca, sebagai media pencerah bagi kita semua yang cinta akan ilmu pengetahuan Ilmu fisika. Kami juga berharap, kehadiran web ini akan bisa membantu meningkatkan penguasaan serta pengetahuan tentang ilmu Fisika.

Mari kita terus belajar, membaca, dan menerapakan konsep-konsep fisika yang disajikan dalam www.fisika-ok3.com demi kemajuan bersama, Tuhan memberkati!

HOME PEMBAHASAN SBMPTN FISIKA SBMPTN LISTRIK STATIS

Pembahasan :

Karena muatan +1μC terletak di tengah-tengah dua muatan yang tidak sejenis, maka gaya coulomb yang dialami muatan +1μC oleh muatan +10μC searah dengan gaya coulomb oleh muatan -10μC. Dengan demikian, gaya coulomb total yang dialami muatan +1μC adalah gaya coulomb dari muatan +10μC ditambah gaya coulomb oleh muatan -10μC. Sehingga berlaku :

⇒ F = F1 + F2

⇒ F = k	10-6.10-5	+ k	10-6.10-5
(10-1)2	(10-1)2

⇒ F = k	10-11	+ k	10-11
10-2	10-2

⇒ F = k.10-9 + k.10-9
⇒ F = 2k.10-9
⇒ F = 2 (9 x 109).10-9 ⇒ F = 18 N

Jawaban : D

Soal 2
Terdapat tiga muatan q1, q2, dan q3 yang berada pada satu garis dengan q2 berada di antara q1 dan q3. Jaraka antara q1 dan q2 adalah a sedangkan jarak antara q2 dan q3 adalah 0,5a. Muatan q1 dan q2 masing-masing +10μC, +20μC. Agar gaya coulomb yang dialami q2 sama dengan nol, maka besar muatan q3 adalah ... A. 2,5 μC B. -2,5 μC C. 25 μC D. -25 μC E. 4 μC

Pembahasan :

Gaya coulomb yang dialami oleh q2 bisa bernilai nol jika gaya coulomb yang berasal dari muatan q1 sama dengan gaya coulomb yang diberikan oleh muatan q3. Dengan kata lain gaya coulomb akibat q1 dan q3 saling meniadakan. Karena muatan pertama dan muatan kedua positif, maka agar gaya coulombnya saling meniadakan (berlawanan arah), muatan ketiga harus positif. Dengan demikian berlaku :

⇒ F21 = F23

⇒ k	q2 . q1	= k	q2 . q3
(R21)2	(R23)2

⇒ q3 = 2,5μC

Jawaban : A

Baca juga : Pembahasan SBMPTN Fisika Teori Relativitas Khusus.

Soal 3

Kuat medan listrik sejauh 4 cm dari suatu muatan titik q sama dengan 10 N/C. Kuat medan listrik sejauh 8 cm dari muatan titik 6q sama dengan ... A. 20 N/C B. 15 N/C C. 12 N/C D. 10 N/C E. 6 N/C

Pembahasan :

Perbandingan kuat medan listrik

⇒	E1	=	q1 . r22
E2	q2 . r12

⇒ E2 = 60/4
⇒ E2 = 15 N/C

Jawaban : B

Soal 4 Kuat medan listrik di satu titik P yang ditimbulkan oleh sebuah muatan q di titik asal O ... (1) Arahnya menjauhi q bila q positif, menuju q bila q negatif (2) Berbanding langsung dengan q (3) Berbanding terbalik dengan kuadrat jarak OP (4) Arahnya sama dengan gaya Coulomb pada muatan q' di P bila q positif dan berlawanan dengan gaya coulomb tersebut bila q negatif.

Pembahasan :

Jika muatan q positif, maka arah garis medan ke luar menjauhi muatan q (ke luar). Sebaliknya jika q bernilai negatif, maka arah garis medan listrik menuju muatan q (ke dalam). Kuat medan listrik di suatu titik P yang berjarak r dari muatan q berbanding lurus dengan muatan q dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak. Secara matematis ditulis sebagai berikut: Dengan : E = kuat medan listrik k = tetapan q = muatan r = jarak titik ke muatan Arah kuat medan listriknya selalu sama dengan arah gaya Coulomb terhadap muatan q' sebagai muatan uji. Jadi, opsi yang benar adalah 1, 2, dan 3.

Jawaban : A

Baca juga : Pembahasan SBMPTN Fisika Energi dan Daya Listrik.

Soal 5

Sepotong pecahan kaca bermassa 5 mg bermuatan 2 μC. Kuat medan listrik yang dibutuhkan untuk menahan agar potongan keca tersebut dapat terapung di udara adalah ... A. 10 V/m B. 1,8 V/m C. 25 V/m D. 100 V/m E. 19,5 V/m

Pembahasan :

Agar potongan kaca terapung di udara, maka: ⇒ Gaya berat = gaya listrik ⇒ W = Fc ⇒ m.g = q.E

⇒ (5 x 10-6)(10) = (2 x 10-6) E

⇒ E = 50/2 ⇒ E = 25 V/m

Jawaban : C

Soal 6 Potensial listrik sejauh 4 cm dari muatan titik q sama dengan 10 V. Potensial listrik sejauh R dari muatan titik 5q sama dengan 20V. Nilai R sama dengan ... A. 20 cm B. 15 cm C. 12 cm D. 10 cm E. 6 cm

Pembahasan :

Dik : r1 = 4 cm, r2 = R, q1 = q, q2 = 5q, V1 = 10V, V2 = 20 V Perbandingan potensial listrik :

⇒	V1	=	k.q1/r1
V2	k.q2/r2

⇒ R = 10 cm.

Jawaban : D

Baca juga : Pembahasan SBMPTN Fisika Getaran dan Gelombang.

Soal 7

Pada setiap titik sudut sebuah segitiga sama sisi dengan sisi 2√3 cm terdapat muatan positif q. Kuat medan dan potensial listrik di pusat segitiga tersebut, dengan k sebagai tetapan berturut-turut adalah ... A. ½ kq dan 0 B. ½ kq dan 3/2 kq C. 2/3 kq dan 3/2 kq D. 0 dan 3/2 kq E. 0 dan 2/3 kq

Pembahasan :

Perhatikan gambar di bawah ini!

Dari gambar kita peroleh: ⇒ r = 2/3 tinggi segitiga

⇒ r = 2/3 (2√3 sin 60)

⇒ r = 2/3 (2√3.1/2√3) ⇒ r = 2 Karena besar muatan sama dan segitiga sama sisi, maka medan listrik dari masing-masing muatan membentuk sudut yang sama dan saling meniadakan, sehingga:

⇒ Eo = E1 + E2 + E3

⇒ Eo = 0 Potensial listrik merupakan besaran skalar dan karena muatannya sama besar, maka:

⇒ Vo = V1 + V2 + V3

⇒ Vo = kq/r + kq/r + kq/r ⇒ Vo = 3kq/r ⇒ Vo = 3kq/2 ⇒ Vo = 3/2 kq

Jawaban : D

Soal 8 Dua buah muatan masing-masing 8 μC dan 2 μC diletakkan pada sumbu x pada jarak 6 m satu sama lain. Muatan pertama terletak pada pusat koordinat. Agar sebuah muatan negatif tidak mengalami gaya sedikitpun, maka muatan ini harus diletakkan pada posisi ... A. x = -4 m B. x = -2 m C. x = 2 m D. x = 4 m E. x = 8 m

Pembahasan :

Misalkan qA = 8 μC dan qB = 2 μC Agar resultan gaya coulomb yang dialami oleh muatan negatif sama dengan nol (tidak mengalami gaya sama sekali), maka arah gaya coulomb dari muatan 8 μC harus berlawanan arah dengan gaya coulomb dari muatan 2 μC dengan besar yang sama sehingga saling meniadakan. Karena kedua muatan 8 μC dan 2 μC positif, maka muatan negatif harus diletakkan di antara kedua muatan tersebut sehingga gayanya saling berlawanan seperti pada gambar berikut:

Sehingga berlaku :

⇒ F = FA - FB

⇒ 0 = FA - FB
⇒ FA = FB

⇒ k	q.qA	= k	q.qB
RA2	RB2

⇒ RB2 = ¼ RA2
⇒ RB = ½ RA

Karena kita misalkan RB = 6 - x, dan RA = x, maka:

⇒ RB = ½ RA ⇒ 6 - x = ½x ⇒ 6 = ½x + x ⇒ 6 = 3/2 x ⇒ x = 12/3 ⇒ x = 4 m sebelah kanan muatan 8 μC.

Jawaban : D

Baca juga : Pembahasan SBMPTN Fisika Termodinamika.

Soal 9

Dua buah partikel A dan B masing-masing bermuatan listrik +20 μC dan +45 μC terpisah oleh jarak 15 cm. Jika C adalah titik yang terletak di antara A dan B, sedemikian sehingga medan di C sama dengan nol, maka letak titik C dari partikel A adalah ... A. 2 cm B. 3 cm C. 4 cm D. 6 cm E. 9 cm

Pembahasan :

Dik : qA = +20 μC, qB = +45 μC, dan R = 15 cm Karena kedua muatan A dan B bernilai positif, maka muatan C dapat diletakkan di antara kedua muatan tersebut sehingga arah medan listrik yang dihasilkan oleh A dan B berlawanan arah.

Agar sama dengan nol, maka

⇒ EA = EB

⇒	20	=	45
x2	225 - 30x + x2

⇒ 45x2 = 20(225 - 30x + x2)
⇒ 45x2 = 4500 - 600x + 20x2
⇒ 25x2 = 4500 - 600x
⇒ 25x2 + 600x - 4500 = 0
⇒ x2 + 24x - 180 = 0 ⇒ (x + 30)(x - 6) = 0 ⇒ x = -30 atau x = 6 Jadi, letak titik C dari partikel A adalah 6 cm.

Jawaban : D

Soal 10 Empat buah muatan diletakkan di setiap sudut persegi yang panjang sisinya 10√2 cm. Jika O adalah titik perpotongan diagonal, maka kuat medan listrik di titik O adalah ...

A. 9 x 106 N/C

B. 9√2 x 106 N/C
C. 18 x 106 N/C
D. 18√2 x 106 N/C
E. 36√2 x 106 N/C

Pembahasan :

Karena jarak dan besar muatan sama, maka medan listrik di titik O dapat digambarkan seperti berikut:

Kuat medan listrik: