Konsep Hukum Coulomb Serta Kumpulan Contoh Soal Serta Penjelasannya

Konsep Hukum Coulomb serta Koleksi Contoh Soal Serta Penjelasannya - Pada kesempatan kali ini saya mau berbagi kepada sahabat gammafis tentang salah satu materi : Listrik Statis, yaitu bagian Hukum Coulomb.

Tujuan dari artikel kali ini ialah agar teman teman bisa memahami apa itu Hukum Coulomb. Baik buat mempersingkat waktu langsung saja saya mulai.

Baca Juga :

• 8 Manfaat Belajar Ilmu Fisika Dalam Kehidupan Sehari-Hari
• Listrik Statis, Contoh Soal serta Fenomena Listrik Statis - Materi Fisika Kelas 9 Semester 1

HUKUM COULOMB

Charles Augustin Coulomb (1736-1806) ialah orang yang pertama kali menghitung besarnya gaya tarik-menarik atau tolak-menolak antara muatan listrik. Menurut Coulomb besarnya gaya tarik-menarik atau tolak-menolak antara dua muatan ialah sebanding dengan bersarnya kedua muatan serta berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara muatan tersebut.

Dimana F ialah gaya tarik-menarik atau tolak-menolak antara dua muatan (satuan “N”) serta r ialah jarak antara kedua muatan (m).

Catatan : |q|, artinya nilai mutlak dari muatan dimana nilainya selalu positif.

Dari hasil eksperimen diperoleh persamaan buat gaya tarik-menarik atau tolak-menolak antara dua muatan ialah sebagai berikut

Persamaan diatas diketahui dengan “Hukum Coulomb”. Dimana k diperoleh dari hasil eksperimen, yang nilainya ialah 8,98755178737 x 10^9 N.m^2/C^2. Atau

Dengan ε0 ialah permitivitas ruang hampa yang nilainya ialah 8,85418781762 C^2/N.m^2

Baca Juga : 11 Fenomena Fisika Dalam Kehidupan Sehari-Hari

Gaya Coulomb Merupakan Besaran Vektor

Gaya coulomb adalah besaran vektor, dimana gaya ini memiliki nilai serta arah. Coba kita bayangkan dua buah muatan positif yang dipisahkan sejauh r. Maka bakal timbul gaya tolak-menolak antara kedua muatan, dimana arah gaya tolak tersebut bergantung pada muatan mana yang mempengaruhi serta muatan mana yang terpengaruh. Sebagai Contoh:

Gaya F12 ialah gaya yang berkerja pada muatan 1 akibat pengaruh dari muatan 2. Karena arah gaya F12 serta arah vektor satuan r ̂ berlawanan atau arah dari gaya F12 ialah ke arah kiri (arah negatif). Maka:

Contoh Soal Hukum Coulomb

Contoh 1.

Dua buah muatan positif identik dengan besar muatan q1=q2=2.10^(-5)  C terpisah sejauh 3 cm dalam arah sumbu x (lihat pada gambar di bawah ini). Tentukan besar gaya yang dialami oleh muatan 1 akibat muatan 2. Gunakan k=9.10^9  N.m^2/C^2.

Solusi:

Diketahui:

q1 = q2 = 2.10^(-5) C

r12 = x_12 = 3.10^(-2) m (dalam arah sumbu x)

k = 9.10^9  N.m^2/C^2

Ditanya : F12=⋯?

Contoh 2

Sebuah inti atom besi mengandung 26 proton serta memiliki jari-jari 4.10^(-15) m. Berapakah besar gaya tolak yang terjadi antara dua proton dalam inti tersebut jika keduanya terpisah sejauh 1/4  dari jari-jari inti atom tersebut.

Solusi:

Contoh 3.

Dua bola terpisah pada jarak 4 m. Kemudian bola tersebut di beri muatan dengan jumlah muatan yang sama.

a. Hitunglah besar muatan masing-masing bola jika gaya tolak antara kedua muatan ialah 80 N.

b. Hitunglah besar muatan bola jika bola bola tersebut dimasukkan ke dalam air dengan konstanta dielektrik 80.

Solusi:

Diketahui:

r = 4 m

k = 9.10^9  N.m^2/C^2

Ditanya :

a. Hitunglah besar muatan masing-masing bola jika gaya tolak antara kedua muatan ialah 80 N

b. Hitunglah besar muatan bola jika bola bola tersebut dimasukkan ke dalam air dengan konstanta dielektrik 80.

Jika kedua bola dimasukkan ke dalam air yang adalah bahan dielektrik. Maka ε0 menjadi ε, sehingga persamaan diatas menjadi.

Contoh 4.

Dua buah muatan masing-masing besarnya ialah 16μC serta 9μC diletakkan pada koordinat x dengan jarak antara kedua muatan ialah 6 m. Muatan pertama diletakkan pada pusat koordinat. Dimanakah suatu muatan negatif q perlu diletakkan agar gaya yang dialami oleh muatan negatif ini sama dengan nol?

Solusi:

Diketahui

q1 = 16μC = 16.10^(-6) C 

q2 = 9μC = 9.10^(-6) C

r1 = x

r2 = 6-x

Ditanya : x = ⋯ ?

Karena gaya yang dirasakan oleh muatan negatif perlu nol maka.

Jadi, agar gaya yang dialami oleh muatan negatif q sama dengan nol maka, muatan tersebut perlu diletakkan di antara dua muatan tersebut pada jarak 3.43 m dari q1 serta 2.57 m dari q2.

Contoh 5.

Jarak rata-rata elektron serta proton dalam atom hidrogen 5,3 .10^(-11)  m. Bandingkan gaya tarik gravitasi serta gaya tarik listrik antara elektron serta proton. Gunakan data pada tabel berikut. (konstanta gravitasi G = 6,67 .10^(-11)

Tabel 1.

Contoh 6.

Tiga buah muatan positif diletakkan pada sebuah segitiga seperti pada gambar di bawah ini.

Jika, r12 = 3 cm serta r23 = 5 cm. Tentukan besar gaya yang dialami oleh masing-masing muatan.

Solusi:

Diketahui:

q1 = 4 C

q2 = 8 C

q3 = 12 C

r12 = 3 cm

r23 = 5 cm

Berdasarkan dalil phitagoras, maka diperoleh r13 = 4 cm.

Ditanya: Tentukan besar gaya yang dialami oleh masing-masing muatan?

Tinjau Muatan q1 (Fq1)

Gaya gaya yang bekerja pada muatan q1 ialah sebagai berikut.

Gaya F12 cuma memberikan kontribusi gaya ke arah (-y) sedangkan gaya F13 cuma memberikan kontribusi gaya ke arah (-x)

Tinjau Muatan q2 (Fq2)

Gaya gaya yang bekerja pada muatan q2 ialah sebagai berikut.

Gaya F21 cuma memberikan kontribusi gaya ke arah (+y) sedangkan gaya F23 memberikan kontribusi gaya ke arah (-x) serta (+y)

F23 ialah penjumlahan kedua komponen x serta y

Untuk besar gaya yang bekerja pada q3, coba Teman-teman kerjakan serta tuliskan di kolom komentar. kalau ada pertanyaan atau ada kekeliruan yang penulis lakukan mohon berikan kritik serta sarannya. Terimkasih telah berkunjung.

Bagikan Artikel ini