Contoh Soal Hukum Kekekalan Mekanik dan Medan Listrik
Contoh Soal Hukum Kekekalan Mekanik dan Medan Listrik - Pada topik sebelumnya, kalian telah belajar tentang energi potensial listrik. Pada topik ini, kalian akan belajar tentang hukum kekekalan mekanik dan medan listrik. Bagaimana hubungan hukum kekekalan mekanik dan medan listrik. Nah, jangan bingung berikut ini analoginya.
Energi tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan, tetapi hanya dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya, contohnya perubahan energi listrik menjadi kimia, cahaya, dan sebagainya. Contoh yang lain seperti yang dilakukan oleh Anton berikut ini. Anton membuat pembangkit listrik mini bertenaga angin di rumahnya. Mula-mula dia membuat sebuah baling-baling yang dihubungkannya dengan motor listrik. Motor listrik tersebut dapat berputar kencang karena adanya tenaga angin. Oleh karena baling-balingnya berputar, maka Anton dapat menghidupkan lampu di rumahnya walaupun masih dalam skala kecil. Nah, kasus yang dialami Anton tersebut menggambarkan bagaimana sifat kekekalan energi.
Selain itu, konsep hukum kekekalan energi mekanik juga terjadi pada meteor. Meteor yang jatuh ke bumi mengalami gerak jatuh bebas. Meteor dengan massa tertentu melesat memasuki atmosfer bumi karena ada gaya gravitasi bumi. Pada peristiwa tersebut energi potensial yang dimiliki meteor berubah menjadi energi kinetik. Agar kalian lebih jelas memahami konsep hukum kekekalan mekanik dan medan listrik, simak ulasan berikut.
Selain itu, konsep hukum kekekalan energi mekanik juga terjadi pada meteor. Meteor yang jatuh ke bumi mengalami gerak jatuh bebas. Meteor dengan massa tertentu melesat memasuki atmosfer bumi karena ada gaya gravitasi bumi. Pada peristiwa tersebut energi potensial yang dimiliki meteor berubah menjadi energi kinetik. Agar kalian lebih jelas memahami konsep hukum kekekalan mekanik dan medan listrik, simak ulasan berikut.
Pada topik sebelumnya, kalian telah berhasil menyelesaikan soal-soal tentang gerak partikel bermuatan dalam medan listrik di antara dua keping sejajar menggunakan persamaan umum gerak. Gerak partikel bermuatan (seperti proton dan elektron) dalam medan listrik juga dapat diselesaikan menggunakan hukum kekekalan energi mekanik. Jika gesekan-gesekan udara diabaikan (misal ruang hampa) dan tidak terdapat gaya lain yang bekerja pada partikel bermuatan---kecuali gaya Coulomb---, maka menurut hukum kekekalan energi mekanik berlaku hubungan berikut. Jumlah energi potensial dan energi kinetik pada partikel bermuatan adalah tetap.
Energi potensial listrik EP = qV dan energi kinetik EK = mv2 sehingga:
Keterangan:
v1 dan v2 = kecepatan muatan mula-mula dan akhir (m/s);
V1 dan V2 = potensial di titik mula-mula dan akhir dalam (J/C atau V);
m = massa partikel bermuatan (kg); dan
q = muatan partikel (C).
v1 dan v2 = kecepatan muatan mula-mula dan akhir (m/s);
V1 dan V2 = potensial di titik mula-mula dan akhir dalam (J/C atau V);
m = massa partikel bermuatan (kg); dan
q = muatan partikel (C).
SOAL 1
Suatu elektron dilepaskan dari kutub (–) tabung katoda dengan kecepatan 107 m/s. Jika beda potensial antara kutub (+) dan (–) sebesar 800 V, maka besar kecepatan elektron waktu tiba di kutub (+) adalah .... (me = 9,1 × 10-31 kg, qe = -1,6 × 10-19 C)
SOAL 2
Dari kutub (–) tabung katoda dilepaskan sebuah elektron tanpa kecepatan awal. Jika kecepatan elektron saat tiba di anoda 1,5 × 107 m/s, maka besar beda potensial anoda dari katoda adalah ....
SOAL 3
Perhatikan gambar berikut.
Beda potensial di antara dua keping sejajar pada gambar di atas adalah 200 V. Jika sebuah proton mula-mula terletak di keping B dan medium antara dua keping vakum, maka kecepatan proton sebelum menumbuk keping A adalah ...
Beda potensial di antara dua keping sejajar pada gambar di atas adalah 200 V. Jika sebuah proton mula-mula terletak di keping B dan medium antara dua keping vakum, maka kecepatan proton sebelum menumbuk keping A adalah ...
SOAL 4
Jika gesekan-gesekan diabaikan dan tidak terdapat gaya lain yang bekerja pada partikel bermuatan---kecuali gaya Coulomb---, maka berlaku ....
SOAL 5
Sebuah partikel bermuatan, memiliki energi potensial awal EP dan energi kinetiknya nol. Jika energi kinetik partikel bermuatan saat tiba di anoda sebesar 2 EP, maka besar energi kinetik sebelum tiba di anoda adalah ....
SOAL 6
Sebuah elektron dengan massa 9,1 × 10−31 kg dan muatan listrik − 1,6 × 10−19 C, lepas dari katoda menuju ke anoda yang jaraknya 2 cm. Jika kecepatan awal elektron 0 serta beda potensial antara anoda dan katoda 200 V, maka elektron akan sampai di anoda dengan kecepatan ... m/s.
SOAL 7
Perhatikan gambar berikut.
Dua buah keping sejajar diberi beda potensial sebesar V sehingga timbul medan listrik. Jika partikel memiliki energi potensial awal sebesar qV dan bermassa m, maka besar kecepatan partikel saat bergerak dari keping satu menuju keping dua adalah ....
Dua buah keping sejajar diberi beda potensial sebesar V sehingga timbul medan listrik. Jika partikel memiliki energi potensial awal sebesar qV dan bermassa m, maka besar kecepatan partikel saat bergerak dari keping satu menuju keping dua adalah ....
SOAL 8
Sebuah partikel bermuatan memiliki massa m. Partikel tersebut mula-mula berada pada katoda dengan kecepatan awal nol dan kecepatan saat tiba di anoda sebesar v m/s. Jika beda potensial antara katoda dan anoda 400 V, maka besar muatan partikel adalah ...
SOAL 9
Jumlah energi potensial dan energi kinetik pada partikel bermuatan adalah tetap, sehingga persamaan yang tepat adalah ....
SOAL 10
Partikel bermuatan yang berada dalam suatu medan listrik akan memiliki energi kinetik karena ....