SOAL DAN PEMBAHASAN LISTRIK STATIS FISIKA KELAS XII

LISTRIK STATIS

Hukum Coulomb

Menurut hukum coulomb, jika ada dua muatan atau lebih, maka timbul gaya elektrostatik yang besarnya sebanding dengan kedua muatan dan berbanding terbalik dengan kuadran jarak kedua muatan tersebut.

Secara matematis persamaan gaya coulomb :

 

Contoh soal :

1. Jika AB=BC= 3 cm dan q = 2 x 10^-7 C, maka tentukan gaya yang bekerja pada muatan di titik B.

Penyelesaian :

Gaya pada B akibat tiap-tiap muatan:

F_BC   =     k    q₁ q₂ 

                                  r² 

                                                   

        =     (9x10⁹) .  (2x10^-7) (2x10^-7)  =    0,4 N

        (3x10^-2)                      

F_BA = F_BC =  0,4 N

Resultan gaya di titk B sebesar :

F_B = √F_BA² + F_BC² + 2 F_BA F_BC cos θ

  
 

    = √ (0,4)² + (0,4)² + 2 (0,4). (0,4).Cos 90

     =  √0,32 = 0,4√2 N

2. Dua buah muatan saat jaraknya 10 cm mempunyai gaya interaksi 20 N. Jika jaraknya di perbesar menjadi 20 cm, maka besar gaya interaksi yang terjadi adalah ...

Penyelesaian :

Diketahui : r₁ = 10 cm

                   F₁ = 20 N

                   r₂ = 20 cm

Ditanya : F₂ ...?

Jawab :

Gaya elektrostatis dirumuskan dengan

F berbanding terbalik dengan r² sehingga :

F₁  =    ( r₁)²

F₂         (r₂)²

 F₂  =     10²

 20        20²

F2  =   100 x 20   =   5  N

                400

3. dua buah muatan listrik 12μC dan 3 μC berada dalam minyak pada jarak 6 cm satu sama lain. Bila tetapan dielektrikum minyak 2,5. Gaya tolak menolak antara kedua muatan adalah ...

Penyelesaian :

Diketahui : q₁ = 12 x 10 ^-6 C

                   q₂ =  3 x 10 ^-6 C

         r =  6  x 10 ^-2 m

        ε_r = 2,5

Ditanya :

Gaya elektrostatis antara kedua muatan F = ...

Jawab :

F =        q₁ q₂          è  k =        1          =    9  x 10 ⁹

         4π ε_r ε₀ r²                   4π ε_r

F =     (9  x 10 ⁹ ) . (12 x 10 ^-6 ). (3 x 10 ^-6 )

        2,5 x  (6  x 10 ^-2)²

                        

  

F = 36 N

Jadi gaya tolak antara kedua muatan adalah sebesar 36 N

4. Dari gambar di bawah ini !

Besarnya gaya pada  - 10 μC adalah ... N

Penyelesaian :

F =   F₂ – F₁ =

F =  9  x 10 ⁹  (5 x 10 ^-5)( 10 ^-5) _  (4 x 10 ^-5)( 10 ^-5)

                                (5 x 10 ^-5)                  (5 x 10 ^-5)

F = 10 N

5. Duah buah muatan listrik masing-masing Q_A =  4 μC dan Q_B =  9 μC berada di udara pada jarak 20 cm, dimanakah letak sebuah muatan sehingga resultan gaya yang bekerja padanya sama dengan nol ...

Penyelesaian :

Diketahui  :

q_A =  4 x 10 ^-6 C

 q_B =  9 x 10 ^-6 C

Ditanya :

Letak sebuah muatan misal muatan C supaya resultan pada muatan = nol

Jawab :

Supaya muatan elektrostatis yang bekerja pada muatan C sama dengan nol maka :

 F_CA = F_CB

k  q_A q_B   =  k  q_B q_C

       r²                r²

4 x 10 ^-6 =  9 x 10 ^-6

    x²           (20 – x) ²

x              =   8 cm

jadi, letak muatan C terhadap muatan A adalah 8 cm di kiri A