tirto.id - Contoh soal hukum coulomb dapat dijadikan sebagai bahan belajar siswa, terutama yang berada di jenjang kelas 12 SMA. Dengan banyak latihan soal, peserta didik bisa lebih baik dalam memahami materi.
Hukum coulomb merupakan salah satu materi yang terdapat pada mata pelajaran SMA kelas 12. Pada dasarnya, hukum fisika yang disimbolkan dengan huruf 'c' ini sangat berguna bagi kehidupan sehari-hari.
Hukum Coulomb pertama kali ditemukan oleh seorang ilmuwan bernama Charles-Augustin de Coulomb. Setelah melakukan penelitian, Coulomb menyimpulkan, "The force of attraction or repulsion between two point charges is directly proportional to the product of the charges and inversely proportional to the square of the distance between them."
Kesimpulan itu lantas menjadi patokan hukum coulomb saat ini. Bunyinya: gaya tarik-menarik atau tolak-menolak antara dua muatan titik adalah berbanding lurus dengan hasil kali muatan dan berbanding terbalik berbanding terbalik dengan kuadrat jarak di antara keduanya.
Secara sistematis, hukum coulomb dinyatakan dengan rumus sebagai 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)
Berdasarkan rumus hukum coulomb, dapat disimpulkan bahwa besar gaya coulomb sebanding dengan perkalian dua muatan, tetapi berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua muatan tersebut.
Dari hukum coulomb kita juga dapat melihat fenomena elektrostatis. Itu terjadi ketika ujung baterai bermuatan positif didekatkan dengan ujung baterai lain yang bermuatan negatif.
Namun, jika ujung dua baterai yang memiliki muatan sama-sama positif, keduanya akan saling tolak-menolak.
Contoh Soal Hukum Coulomb dan Penyelesaiannya
Berikut contoh soal hukum coulomb beserta jawaban dan pembahasannya.
Nomor 1
1. Dua titik A dan B berjarak 5 meter. Titik A bermuatan listrik +5 × 10^-4 C, sedangkan B bermuatan -2 × 10^-4 C. Titik C terletak di antara A dan B berjarak 3 m dari A dan bermuatan listrik +4 × 10^-5 C. Hitung besar gaya elektrostatis dari 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 2
2. Diketahui segitiga ABC sama sisi dengan panjang sisi 3 dm. Pada titik sudut A dan B masing-masing terdapat muatan +4 μC dan -1,5 μC, pada puncak C terdapat muatan +2 × 10-5 C. Hitunglah gaya 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 tolak-menolak 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
Nomor 3
3. Dua buah muatan listrik masing-masing besarnya 3×10-6 C dan 6×10-6 C terpisah pada jarak 3 cm. Tentukan besarnya gaya listrik yang bekerja pada masing-masing muatan tersebut!
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
Jadi, besarnya gaya listrik yang bekerja pada masing-masing muatan adalah 1,8 × 102 N
Nomor 4
4. Tiga buah benda A, B, dan C masing-masing bermuatan listrik sebesar 3×10-8 C,-6×108 C, dan 2×10-8 C yang terletak dalam satu garis lurus, jika jarak AB = 3 cm dan BC = 6 cm. Tentukan besarnya gaya Coulomb yang dialami oleh muatan di 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 arah gaya ke kiri yaitu mengarah ke titik A). Jadi, besarnya gaya Coulomb yang dialami muatan di titik B adalah 1,5 × 10-2 N
Nomor 5
5. Dua buah muatan listrik yang nilainya sama diletakkan pada jarak r meter sehingga terjadi gaya coulomb sebesar F1 Newton. Ketika jarak keduanya diubah menjadi dua kali semula, gaya coulomb yang dialami F2 ,perbandingan F1 : F2
Penyelesaian:
Gaya coulomb dapat dinyatakan dalam persamaan:
F = k [q1q2 / r2]
sehingga, F tak terhingga 1/r2
F1 / F2 = (r2/r1)2
F1 / F2 = (2r2/r1)2
F1 / F2 = 4/1
Maka, F1 : F2 = 4:1
Penulis: Ririn Margiyanti
Editor: Fadli Nasrudin
