tirto.id - Contoh soal Hukum Coulomb dapat dijadikan sebagai bahan belajar siswa, terutama bagi peserta didik kelas 12 SMA. Dengan banyak latihan soal, peserta didik bisa lebih baik dalam memahami materi.
Adapun contoh soal Gaya Coulumb beserta jawabannya dalam artikel ini menggunakan rumus dari Charles Augustin de Coulomb. Dia menjabarkan bahwa gaya tarik-menarik atau tolak-menolak antara dua muatan titik berbanding lurus dengan hasil kali muatan, kemudian berbanding terbalik dengan kuadrat jarak di antara keduanya.
Secara sistematis, contoh soal Hukum Coulomb dan penyelesaiannya bisa menerapkan rumus berikut:
F = k . (Q1.Q2 / r²)
Keterangan:
F = Gaya Coulomb (N)
k = Koefisien (9 x 109 Nm² /C²)
Q1 = Muatan pertama (C)
Q2 = Muatan kedua (C)
r = Jarak antar muatan (m)
Dari Hukum Coulomb kita dapat melihat fenomena listrik statis, ketika ujung baterai bermuatan positif didekatkan dengan ujung baterai lain bermuatan negatif. Situasi akan saling tolak seandainya ujung yang ditempelkan bermuatan listrik sama.
Contoh Soal Hukum Coulomb dan Penyelesaiannya
Berikut contoh soal Hukum Coulomb lengkap dengan cara menjawab dan pembahasan.
Nomor 1
Sebut ada muatan negatif A yang saling tolak-menolak dengan muatan B, namun saling tarik-menarik dengan C. Apa jenis muatan yang ada pada B dan C secara berurutan?
Penyelesaian:
Disebutkan bahwa A punya muatan negatif dan menolak muatan B. Sesuai hukum Coulomb, berarti muatan B sejenis dengan A, yakni bermuatan negatif. Kemudian C yang saling tarik-menarik bermuatan sebaliknya, yaitu positif.
Dengan begitu, maka ditemukan bahwa:
B = muatan negatif
C = muatan positif
Nomor 2
Kedua benda yang bermuatan positif, yakni 5 C dan 12 C, dipisahkan sejauh 50 centimeter. Besaran gaya yang ada di antaranya adalah?
Penyelesaian:
F = k . q1 . q2 / r2
F = (9 x 109) . 5 x 12 / 0,52
F = 540 x 109 / 0,25
F = 2.160 x 109
F = 2,16 x 103 x 109
F = 2,16 x 1012 N
Nomor 3
Dua barang yang mengandung muatan tak sejenis dikatakan saling menarik, gaya yang ada senilai F. Dua barang ini kemudian dipisahkan lebih jauh 4 kali lipat, berapa besaran gaya tarik-menariknya?
Penyelesaian:
Karena gaya punya hukum berbanding terbalik dengan jaraknya, maka:
42 = 16 atau 16 / 1
Jika berlaku hukum kebalikan, angka menjadi 1 / 16
Oleh sebab itu, besaran gaya tarik menarik keduanya adalah 1/16 F
Nomor 4
Titik A dan B punya jarak sejauh 2 meter dan tolak menolak dengan besaran gaya 16 Newton (N). Perubahan jarak sebanyak 2 kali lipat menimbulkan gaya tolak ke angka?
Penyelesaian:
r1 = 2 m
r2 = 2r1 = 4 m
F1 = 16 N
Maka:
F2 / 16 = 22 / 42
F2 / 16 = 4 / 16
F2 = 1/4 / 16
F2 = 4 N
Nomor 5
Terdapat dua muatan listrik tak sejenis yang saling menarik dengan besaran gaya F. Kedua benda ini didekatkan sepertiga dari posisi awal, berapa gaya tarik dan menariknya?
Penyelesaian:
F2 / F1 = (r1 / r2)2
F2 = (r1 / r2)2 X F1
F2 = (r1 / 1/3r1)2 X F
F = (1 / 1/9)
F = 9 F
Nomor 6
Ada dua muatan listrik yang sama berjarak r meter, sehingga terjadi gaya coulomb sebesar F1 Newton. Saat jarak keduanya jadi dua kali lipat, gaya coulomb yang dialami F2 dengan perbandingan F1 : F2 adalah?
Penyelesaian:
Gaya coulomb dapat dinyatakan dalam persamaan:
F = k [q1q2 / r2]
Oleh sebab itu, F tak terhingga 1/r2
F1 / F2 = (r2/r1)2
F1 / F2 = (2r2/r1)2
F1 / F2 = 4/1
Maka, F1 : F2 = 4:1
Nomor 7
Benda A, B, dan C punya muatan listrik 3×10-8 C,-6×108 C, dan 2×10-8 C. Ketiganya ada di suatu garis lurus dengan jarak AB = 3 cm dan BC = 6 cm. Berdasarkan angka-angka tersebut, berapa besaran gaya coulomb titik B?
Penyelesaian:
𝐹𝐵 = 𝐹𝐵𝐶 − 𝐹𝐵𝐴
𝐹𝐵 = 𝑘 [q1q3 / 𝑟12 ] − 𝑘 [q2q3 / 𝑟22 ]
𝐹𝐵 = 9 𝑥 109 [ (6 x 10−8)(2 x 10−8)/(6 𝑥 10−2)2 ] − 9 𝑥 109 [ (3 x 10−8)(6 x 10−8)/(3 𝑥 10−2)2 ]
𝐹𝐵 = 9 𝑥 109 [ (12 x 10−16)/(36 𝑥 10−4) ] − 9 𝑥 109 [ (18 x 10−16)/(9 𝑥 10−4) ]
𝐹𝐵 = 3 𝑥 10−3 − 18 𝑥 10−3
𝐹𝐵 = −15 𝑥 10−3
𝐹𝐵 = −1,5 𝑥 10−2 𝑁
(Tanda negatif menunjukkan gaya ke kiri menuju titik A).
Jadi, besarnya gaya Coulomb yang dialami muatan di titik B adalah 1,5 × 10-2 N
Nomor 8
Jarak antara titik A dan B adalah 5 meter. Titik A punya muatan +5 × 10^-4 C, sementara B -2 × 10^-4 C. Adapun C berlokasi di antara A-B, 3 m dari titik A dengan muatan listrik +4 × 10^-5 C. Hitung besar gaya listrik statis C!
Penyelesaian
Diketahui:
qA = +5 x 10-4 C
qB = -2 x 10-4 C
qc = +4 x 10-5 C
Ditanya: Fc = ..... ?
Jawab:
Muatan qc ditolak qA ke kanan karena sejenis. Misal FAC – F1 dan ditarik muatan qB ke kanan karena berlawanan FCB = F2. Jadi, gaya elektrostatis total di C adalah:
FC = F1 + F2 = k.[qA.qB] / (AC)2 + k[qC.qB] / (CB)2
FC = [(9 x 109) (5 x 10-4) (4x10-5) / 32 + [(9 x 109) (4x10-5) (2 x 10-4)] / 22
FC = 180/9 + 72/4 = 20 + 18 = 38 N ke kanan.
Nomor 9
Terdapat dua muatan listrik sebesar 3×10-6 C dan 6×10-6 C yang terpisah sejauh 3 cm. Tentukan besarnya gaya listrik yang bekerja pada tiap muatannya!
Penyelesaian:
𝐹 = 𝑘 [q1q2 / 𝑟2]
𝐹 = 9 𝑥 109 ( (3 x 10−6)(6 x 10−6 ) / (3 x 10−2)2 )
𝐹 = 9 𝑥 109 ( 18 x 10−12 / 9 x 10−4 )
𝐹 = 1,8 𝑥 102 N
Dengan begitu, besaran gaya listrik yang bekerja pada setiap muatan adalah 1,8 × 102 N
Nomor 10
Terdapat segitiga ABC berbentuk sama sisi dengan panjang 3 dm. Pada sudut A dan B, ada muatan +4 μC dan -1,5 μC, sementara di puncak C memiliki muatan +2 × 10-5 C. Hitunglah gaya fenomena elektrostatis total di puncak C!
Penyelesaian
Diketahui:
qA= 4 μC = 4 × 10-6 C
qB =-1,5 μC = -1,5 × 10-6 C
qC = 2 × 10-5 C
a = 3 dm = 3 × 10-1 m
Ditanya: FC= ... ?
Jawab:
qA dan qC saling tolak dengan gaya F1.
F1 = k [qA.qC / rAC²] = (9 x 109) (4 x 10-6) (2x10-5) / (3 x 10-1)2 = 72 x 10-2 / 9 x 10-2 = 8 N
qB dan qC tarik menarik dengan gaya F2
F2 = k (qB.qC / rBC²) = (9 x 109) (1,5 x 10-6) (2x10-5) / (3 x 10-1)2 = 27 x 10-2 / 9 x 10-2 = 3 N
Jadi, gaya total di C adalah:
F = akar dari F12 + F22 + 2F1 . F2 . cos tak terhingga
F = akar dari 82 + 32 + 2(8)(3) cos 120 derajat
F = akar dari 64 + 9 + [48 (-1/2)]
F = akar dari 73-24
F = akar dari 49
FC = 7 N
Penulis: Ririn Margiyanti
Editor: Fadli Nasrudin
Penyelaras: Yuda Prinada
