Contoh Soal Gaya Coulomb

Contoh Soal Gaya Coulomb - 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≈1r2 $F\approx \frac{1}{r^2}$.
2). Gaya tarik atau gaya tolak antara dua bola bermuatan sebanding dengan muatan-muatannya. Secara matematis dinyatakan sebagai F≈q1q2 $F\approx q_1{q}_2$.

        Berdasarkan dua hubungan yang diperoleh dari penelitiannya, Coulomb menyatakan 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=kq1q2r2 $F=k\frac{q_1{q}_2}{r^2}$ atau F=14πεoq1q2r2 $F=\frac{1}{4\pi {\epsilon }_o}\frac{q_1{q}_2}{r^2}$

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=14πεq1q2r2 $F=\frac{1}{4\pi \epsilon }\frac{q_1{q}_2}{r^2}$ atau Fbahan=1εr×Fvakum $F_{bahan}=\frac{1}{{\epsilon }_r}\times F_{vakum}$

Keterangan:
F = besar gaya Coulomb (N);
q1, q2 = muatan masing-masing partikel (Coulomb, disingkat C);
r = jarak pisah antara kedua muatan (m);
ε $\epsilon$ = permitivitas suatu medium bahan;
ε $\epsilon$ = permitivitas relatif (εr ${\epsilon }_r$) × permitivitas vakum (εo ${\epsilon }_o$) = εrεo ${\epsilon }_r{\epsilon }_o$;
εr ${\epsilon }_r$= permitivitas vakum atau udara = 8,85 × 10-12 C2/Nm2; dan
k = 14πεo=9×109 $\frac{1}{4\pi {\epsilon }_o}=9\times {10}^9$ Nm2/C2.

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

SOAL 1

Perhatikan pernyataan berikut.

Besar gaya antara muatan qA dan qB, yang dipisahkan oleh jarak d, adalah berbanding lurus dengan besarnya kedua muatan dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara muatan-muatan tersebut.

Persamaan yang tepat berdasarkan pernyataan di atas adalah ....

SOAL 2

Dua buah muatan qA dan qB masing-masing besarnya +40 µC dan -30 µC. Keduanya terpisah sejauh 40 mm di udara. Besar dan arah gaya listrik antara kedua muatan tersebut adalah ....

SOAL 3

Dua buah muatan masing-masing 20 μC terpisah sejauh 12 cm. Jika muatan tersebut diletakkan dalam bahan yang memiliki permitivitas 2, maka besar gaya yang bekerja pada kedua muatan tersebut adalah ....

SOAL 4

Dua buah muatan listrik masing-masing besarnya +4 μC dan - 8 μC berinteraksi dengan gaya sebesar 0,8 N. Jarak antara kedua muatan tersebut adalah ....

SOAL 5

Muatan A diletakkan 3 cm dari muatan 30 μC. Gaya yang dialami muatan tersebut sebesar 15.000 N. Besar muatan A adalah ....

SOAL 6

Dua buah partikel bermuatan berada di udara berjarak R satu sama lain dan tolak-menolak dengan gaya sebesar F. Jika jarak antara muatan menjadi dua kali semula, maka besar gaya tolak-menolak antara kedua partikel menjadi....

SOAL 7

Sebuah muatan negatif Q berada pada jarak r dalam suatu medan listrik yang berasal dari muatan positif q.

Grafik yang menunjukkan adanya gaya F yang bekerja pada muatan negatif Q adalah ....

SOAL 8

Dua buah partikel bermuatan identik terpisah sejauh 3 cm. Jika gaya Coulomb yang bekerja pada kedua muatan sebesar 4 × 10-3 N, maka besar muatan partikel identik tersebut adalah ...

SOAL 9

Dua buah muatan listrik identik mula-mula terpisah di udara sejauh R. Kemudian muatan identik tersebut dimasukkan ke dalam suatu bahan yang memiliki permitivitas relatif 64 sehingga jaraknya menjadi 14$\frac{1}{4}$R. Perbandingan gaya Coulomb di udara dengan di dalam bahan Fudara : Fbahan adalah ....

SOAL 10

Perhatikan faktor-faktor berikut.

1. Tergantung pada medium
2. Jarak kedua muatan
3. Besar muatan listrik
4. Jenis kedua muatan

Faktor yang mempengaruhi besar gaya listrik ditunjukkan oleh nomor ....

Share this post