Contoh Soal Hukum Coulomb

Contoh Soal Hukum Coulomb - Pada topik sebelumnya kalian telah belajar tentang muatan listrik dan membuat benda bermuatan listrik. Nah sebenarnya bagaimana interaksi antar muatan listrik tersebut? Interaksinya akan kalian pelajari pada topik ini, yaitu tentang hukum Coulomb.

        Misalkan kalian memiliki dua buah magnet A dan B, kemudian kalian mendekatkan satu sama lain dengan jarak yang berubah-ubah. Pertama dekatkan magnet dengan jarak 5 cm satu sama lain, setelah itu ubah jaraknya menjadi 1 cm. Lalu rasakan gaya tarik menarik yang ditimbulkan oleh perbedaan jarak tersebut. Tentu gaya tarik-menarik terasa lebih kuat pada jarak 1 cm daripada pada jarak 5 cm. Hal tersebut tidak hanya berlaku pada magnet, tetapi juga pada muatan. Kecenderungan muatan untuk tarik-menarik atau tolak menolak muatan disebabkan oleh adanya gaya Coulomb. Untuk membahasan gaya Coulomb, simak ulasan berikut.
        Gaya Coulomb dirumuskan pertama kali oleh ilmuwan asal Perancis, yaitu Charles Augustin Coulomb (1736-1806) menggunakan neraca puntir Coulomb. Hasil penelitian Couolomb hampir sama dengan keadaan yang terjadi pada magnet di awal topik ini. Gaya Coulomb akan semakin besar jika kedua muatan didekatkan. Coulomb juga menyatakan bahwa besarnya gaya tarik-menarik atau gaya tolak-menolak sebanding dengan hasil kali muatan pertama dan kedua serta berbanding terbalik dengan kuadrat jarak pisah kedua muatan. Semakin dekat jarak antara kedua muatan listrik tersebut, semakin kuat gaya Coulomb yang ditimbulkan. Secara matematis, gaya Coulomb dirumuskan sebagai berikut.

$F=k\frac{Q_1{Q}_2}{r^2}$

Keterangan:
k = konstanta ruang hampa (9 x 109 Nm2/C2);
Q1 = muatan listrik 1 (C);
Q2 = muatan listrik 2 (C); dan
F = gaya Coulomb (N).

Jenis muatan listrik tidak akan mempengaruhi besarnya gaya Coulomb, tetapi akan berpengaruh pada jenis interaksinya, yaitu tarik-menarik atau tolak-menolak. Apabila terdapat lebih dari dua muatan yang saling berinteraksi, maka bagaimana cara menghitung gaya Coulombnya ? perhatikan ilustrasi berikut.
 

        Sesuai dengan pengertian gaya Coulomb, yaitu gaya yang ditimbulkan oleh interaksi dua buah muatan, sehingga untuk setiap muatan akan mempunyai beberapa gaya Coulomb sebanyak muatan lainnya yang berada di dekatnya. Pada ilustrasi di atas, muatan A mempunyai 2 buah gaya Coulomb, yaitu gaya interaksi dengan muatan B (FAB) dan gaya interaksi dengan muatan C (FAC). Muatan B juga mempunyai 2 buah gaya Coulomb, yaitu FAB dan FBC. Muatan C juga mempunyai 2 gaya Coulomb yaitu FACdan FBC. Apabila muatan A-B-C dalam keadaan setimbang, yaitu tidak berpindah posisi dengan jarak RAB dan RAC tetap, maka jumlah gaya Coulomb total adalah nol. Secara matematis dirumuskan sebagai berikut.

$\Sigma F=0$

Apabila muatan A tidak berpindah posisi, maka persamaannya menjadi seperti berikut.

$F_{AC}-F_{BC}=0$

Untuk muatan B yang tidak berubah posisinya (kondisi stabil)

$F_{AB}-F_{BC}$

Untuk muatan C dalam keadaan yang stabil, maka :

$F_{BC}-F_{AC}=0$

Bentuk persamaan gaya Coulomb tersebut menyesuaikan dengan persoalan yang akan diselesaikan. Hal yang harus diingat adalah arah dari gaya Coulomb dan jumlah gaya Coulomb harus sesuai dengan jumlah pasangan muatan yang berinteraksi.

S1

Dua buah elektron terpisah sejauh 0,03 cm. Besarnya gaya Coulomb yang dihasilkan adalah .... (qe = 1,6 x 10-19 C)

S2

Dua buah muatan mula-mula terpisah kemudian didekatkan sampai jarak tertentu. Gaya Coulombnya menjadi ....

S3

Dua buah elektron yang mula-mula terpisah pada jarak r kemudian diletakkan lebih jauh sampai jarak 4r. Perbandingan besar gaya Coulomb mula-mula dan akhir adalah ....

S4

Muatan A +5μC diletakkan di sebelah muatan B -10 mC sejauh 0,03 cm. Gaya Coulomb yang dihasilkan adalah ....

S5

Tiga buah muatan A-B-C disusun sejajar berurutan. A merupakan muatan positif 20 C yang terletak di sebelah muatan negatif B 5 C. Kemudian, di sebelah muatan B terletak muatan negatif C yang besarnya 10 C. Jika jarak A-C adalah 10 cm, maka jarak antara muatan B-C agar ketiga muatan stabil dan tidak berpindah posisi adalah ....

S6

Dua buah muatan Q sejenis berada pada jarak r. Jika salah salah satu muatan diperbesar menjadi 3Q, maka gaya Coulombnya ... semula.

S7

Dua buah muatan 0,01 C terperangkap pada sebuah wadah berbentuk lingkaran dengan jari-jari 10 cm. Muatan tersebut sejenis, sehingga keduanya saling menjauhi dan cenderung menembus dinding wadah. Jika gaya yang dibutuhkan untuk menembus sebesar 9 x 105N, maka hal yang terjadi adalah ....

S8

Sebuah laser menghasilkan elektron yang bermuatan -1 C ke plat logam yang bermuatan -5 C. Jika gaya dorong yang diberikan laser ke arah plat sebesar 105 N dan jarak antara laser dan plat 10 m, maka ....

S9

Jarak antara tanah dengan awan adalah 3000 m. Awan menimbulkan petir dengan muatan 10 C. Gaya Coulomb yang dihasilkan antara tanah dan awan adalah ....

S10

Interaksi antara dua buah muatan akan menghasilkan ....

Share this post