Rumus, Gaya Coulomb dan Persamaan Hukum Coulomb- Pada topik sebelumnya kalian telah belajar tentang interaksi elektrostatik antara dua buah benda. Pada topik ini kalian akan belajar tentang gaya Coulomb. Apa sih gaya Coulomb itu?

Hukum Coulomb, Gaya Coulomb dan Persamaan Hukum Coulomb

Percakapan antara Pak Arbin dan Joni di atas, memperlihatkan bahwa gaya Coulomb merupakan gaya tarik-menarik atau gaya tolak-menolak. Lalu faktor apa sajakah yang mempengaruhi besarnya gaya Coulomb ini? Simak ulasan berikut dengan saksama.

Pada tahun 1785, seorang ahli fisika berkebangsaan Perancis yang bernama Charles de Coulomb mempelajari adanya fenomena listrik statis, yaitu interaksi elektrostatik antar partikel yang bermuatan listrik menggunakan neraca puntir buatannya. Berdasarkan penelitian yang dilakukannya, Coulomb berhasil merumuskan suatu gaya interaksi antara dua buah muatan listrik dan gaya tersebut dikenal sebagai gaya Coulomb. Besarnya gaya Coulomb dipengaruhi oleh dua besaran, yaitu sebagai berikut.

1). Gaya tarik atau gaya tolak berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua bola bermuatan. Secara matematis dinyatakan sebagai

F \approx \frac{1}{r^{2}}

.
2). Gaya tarik atau gaya tolak antara dua bola bermuatan sebanding dengan muatan-muatannya. Secara matematis dinyatakan sebagai

F \approx q_{1} q_{2}

Berdasarkan dua hubungan yang diperoleh dari penelitiannya, Coulombmenyatakan hukumnya, yaitu “gaya tarik atau gaya tolak antara dua muatan listrik sebanding dengan muatan-muatannya dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua muatan.” Secara matematis gaya Coulomb untuk medium vakum atau udara dinyatakan sebagai berikut.

$F = k \frac{q_{1} q_{2}}{r^{2}}$ atau $F = \frac{1}{4 π ε_{o}} \frac{q_{1} q_{2}}{r^{2}}$

Bagaimana jika muatan berada di medium yang tidak vakum atau bukan udara? Apakah gaya Coulombnya menjadi semakin besar atau justru akan semakin kecil? Bila muatan berada dalam suatu bahan yang memiliki permitivitas relatif tertentu, maka besar gaya Coulomb antara muatan q1 dan q2 menjadi berkurang (Fbahan < Fudara). Dengan demikian, besar gaya Coulomb dalam bahan dapat dirumuskan sebagai berikut.

$F = \frac{1}{4 π ε} \frac{q_{1} q_{2}}{r^{2}}$ atau $F_{b a h a n} = \frac{1}{ε_{r}} \times F_{v a k u m}$

Keterangan:
F = besar gaya Coulomb (N);
q1, q2 = muatan masing-masing partikel (Coulomb, disingkat C);
r = jarak pisah antara kedua muatan (m);

ε

= permitivitas suatu medium bahan;

ε

= permitivitas relatif (

ε_{r}

) × permitivitas vakum (

ε_{o}

) =

ε_{r} ε_{o}

;

ε_{r}

= permitivitas vakum atau udara = 8,85 × 10-12 C2/Nm2; dan
k =

\frac{1}{4 π ε_{o}} = 9 \times 10^{9}

Nm2/C2.

Satuan muatan listrik dalam SI adalah Coulomb (C) dimana 1mC = 1×10-3 C dan 1µC = 1×10-6 C.

Contoh Soal

Dua buah muatan masing-masing q1 = +6 μC dan q2 = -10 μC terpisah sejauh 30 cm. Hitung besar gaya yang bekerja pada kedua muatan tersebut, jika kedua muatan terletak di medium udara, (k = 9 x 109 Nm2/C2)
Diketahui:
q1 = +6 μC = +6×10-6 C
q2 = -10 μC = -10×10-6 C
r = 30 cm = 0,3 m
k = 9 x 109 Nm2/C2
Ditanyakan: Fudara?

$F_{u d a r a} = k \frac{q_{1} q_{2}}{r^{2}}$

$F_{u d a r a} = (9 \times 10^{9}) \frac{(6 \times 10^{- 6}) (10 \times 10^{- 6})}{{(3 \times 10^{- 1})}^{2}}$

$F_{u d a r a} = 9 \times 10^{9} \times \frac{60 \times 10^{- 12}}{9 \times 10^{- 2}}$

$F_{u d a r a} = 6$

Jadi, besar gaya Coulomb di udara adalah 6 N.

Rumus, Gaya Coulomb dan Persamaan Hukum Coulomb

$F = k \frac{q_{1} q_{2}}{r^{2}}$ atau $F = \frac{1}{4 π ε_{o}} \frac{q_{1} q_{2}}{r^{2}}$

$F = \frac{1}{4 π ε} \frac{q_{1} q_{2}}{r^{2}}$ atau $F_{b a h a n} = \frac{1}{ε_{r}} \times F_{v a k u m}$

Contoh Soal

$F_{u d a r a} = k \frac{q_{1} q_{2}}{r^{2}}$

$F_{u d a r a} = (9 \times 10^{9}) \frac{(6 \times 10^{- 6}) (10 \times 10^{- 6})}{{(3 \times 10^{- 1})}^{2}}$

$F_{u d a r a} = (9 \times 10^{9}) \frac{(6 \times 10^{- 6}) (10 \times 10^{- 6})}{{(3 \times 10^{- 1})}^{2}}$

$F_{u d a r a} = 9 \times 10^{9} \times \frac{60 \times 10^{- 12}}{9 \times 10^{- 2}}$

$F_{u d a r a} = 9 \times 10^{9} \times \frac{60 \times 10^{- 12}}{9 \times 10^{- 2}}$

$F_{u d a r a} = 6$

Iklan Atas Artikel

Iklan Tengah Artikel 1

Iklan Tengah Artikel 2

Iklan Bawah Artikel

Rumus, Gaya Coulomb dan Persamaan Hukum Coulomb

F=kq1q2r2 F=kq1q2r2 atau F=14πεoq1q2r2 F=14πεoq1q2r2

F=14πεq1q2r2 F=14πεq1q2r2 atau Fbahan=1εr×Fvakum Fbahan=1εr×Fvakum

Contoh Soal

Fudara=kq1q2r2 Fudara=kq1q2r2

Fudara=(9×109)(6×10−6)(10×10−6)(3×10−1)2

Fudara=(9×109)(6×10−6)(10×10−6)(3×10−1)2

Fudara=9×109×60×10−129×10−2 Fudara=

9×109×60×10−129×10−2

Fudara=6 Fudara=6

Iklan Atas Artikel

Iklan Tengah Artikel 1

Iklan Tengah Artikel 2

Iklan Bawah Artikel

$F = k \frac{q_{1} q_{2}}{r^{2}}$ atau $F = \frac{1}{4 π ε_{o}} \frac{q_{1} q_{2}}{r^{2}}$

$F = \frac{1}{4 π ε} \frac{q_{1} q_{2}}{r^{2}}$ atau $F_{b a h a n} = \frac{1}{ε_{r}} \times F_{v a k u m}$

$F_{u d a r a} = k \frac{q_{1} q_{2}}{r^{2}}$

$F_{u d a r a} = (9 \times 10^{9}) \frac{(6 \times 10^{- 6}) (10 \times 10^{- 6})}{{(3 \times 10^{- 1})}^{2}}$

$F_{u d a r a} = (9 \times 10^{9}) \frac{(6 \times 10^{- 6}) (10 \times 10^{- 6})}{{(3 \times 10^{- 1})}^{2}}$

$F_{u d a r a} = 9 \times 10^{9} \times \frac{60 \times 10^{- 12}}{9 \times 10^{- 2}}$

$F_{u d a r a} = 9 \times 10^{9} \times \frac{60 \times 10^{- 12}}{9 \times 10^{- 2}}$

$F_{u d a r a} = 6$