MATERI BELAJAR LISTRIK STATIS - 1 : GAYA COULOMB DAN MEDAN LISTRIK XII SMA

SEKOLAH MENENGAH ATAS (SMA)

Nama Sekolah           : ……………………….

Tahun Pelajaran         : ……………………….

Semester                    : ……………………….

Kelas                           : XII – SMA

Materi Latihan             : Listrik Statis – 1

Hari/tanggal                : ………………………..

Waktu                         : ………………………...

 

 

Daftar Isi :

1.   Gaya Coulomb

     1.1  Teori

     1.2  Latihan

2.   Medan Listrik Ststis

     2.1  Teori

     2.2  Latihan 

 

Materi

 

Gaya coulomb

“Gaya tarik – menarik atau gaya tolak – menolak antara dua atau lebih benda bermuatan listrik statis yang berdekatan”. Gaya coulomb sering juga disebut dengan gaya elektrostatis.

Besar gaya F :

Aktivitas : 1

Dua buah benda bermuatan Q_A dan Q_B terpisah pada jarak 20 cm. Kedua muatan tersebut terjadi interaksi tolak – menolak dengan gaya sebesar 2 x 10 ^{– 4} N. Jika kedua muatan digeser mendekat hingga jaraknya menjadi 10 cm. Tentukan gaya tolak – menolak yang dirasakan kedua muatan tersebut.

 

Pembahasan :

 

Diketahui,

Gaya F₁ = 2.10 ^{– 4} N

Jarak pisah awal, r₁ = 20 cm

Jarak pisah akhir, r₂ = 10 cm

Ditanya,

Gaya F₂ = … ?

 

Jawab,

 

ó F₁ x (r₁)² = F₂ x (r₂)²

ó (2 x 10 ^{– 4}) x (20 cm)² = F₂ x (10 cm)²

ó F₂ = 8.10 ^{– 4} N

 

Latihan

 

Soal : 1

Dua muatan listrik P dan Q yang terpisah sejauh 8 cm seperti gambar di bawah ini.

Menghasilkan gaya elektrostatik sebesar 50N. Tentukan gaya elektrostatik yang terjadi jika :

a)  Muatan Q digeser ke kanan sejauh 8 cm

b)  Muatan P diganti menjadi 15 μC

 

Soal : 2

Diketahui dua muatan titik yang sejenis dan sama besar, yaitu Q_A = Q_B = 2 x 10 ^{– 2} C terpisah dengan jarak 30 cm. Tentukan gaya tolak – menolak yang dialami kedua muatan tersebut.

 

Soal : 3

Terdapat dua muatan listrik q₁ = + 10 μC dan q₂ =  – 20 μC yang terpisah pada jarak 6 cm. Tentukan besar dan arah gaya elektrostatik yang dirasakan oleh muatan q₁.

 

Soal : 4

Muatan listrik q₁ = + 25 nC tertarik dengan muatan q₂ yang berjarak 9 cm. Jika besar gaya tarik – menarik yang terjadi adalah 0,25N. Tentukan jenis dan besar muatan q₂.

 

Soal : 5

Berdasarkan model atom Bohr, atom hidrogen memiliki pusat inti yang mengandung satu proton dengan muatan + e. Kemudian sebuah elektron bermuatan – e mengelilingi inti dengan jari – jari 5,3 x 10 ^{– 11} meter. Jika e = 1,6 x 10 ^{– 19} C, tentukan gaya tarik – menarik proton yang dirasakan oleh elektron tersebut.  

 

Resultan Gaya, F_R :

Gaya coulumb merupakan besaran vektor, sehingga rumus – rumus penyelesaian vektor dapat kita gunakan untuk menyelesaikan soal.

Aktivitas : 2

Perhatikan gambar berikut ini.

Dua muatan Q_A = + 18 μC dan Q_B = + 2 μC terpisah sejauh 20 cm seperti gambar di atas. Diantara A dan B terdapat muatan C (q = – 1 μC) akan diletakkan di tengah – tengah kedua muatan tersebut. Tentukanlah resultan gaya yang dialami muatan q jika diletakkan di titik C.

Pembahasan

Hitung besar masing – masing gaya F_AC dan F_BC menggunakan rumus gaya coulomb.

Gaya F_AC :

Gaya F_BC :

Gaya F_AC dan F_BC memiliki tanda negatip, semata – mata menunjukkan gaya tarik – menarik. Tetapi untuk penyelesaiannya kita menggunakan aljabar vektor.

ó F_R = F_AC + F_BC

ó F_R = (– 16,2) + 1,8

ó F_R = – 14,4 N

 

Kesimpulan :

Resultan gaya yang dialami C lebih condong ke muatan Q_A dan besarnya 14,4 N.

 

Aktivitas : 3

 

Soal : 1

Terdapat tiga muatan yaitu Q_A = – 2 μC, Q_B = – 4 μC dan Q_C = + 3 μC terpasang pada titik – titik sudut segitiga sama sisi seperti pada gambar di bawah ini.

Jika panjang sisi segitiga tersebut adalah 30 cm. Tentukan resultan gaya coulomb yang dialami muatan Q_C.

 

Soal : 2

Muatan Q_A = + 5 μC terletak disebelah kiri muatan Q_B = – 8 μC. Kedua muatan tersebut terpisah sejauh 30 cm. Jika muatan q = + 2 μC akan di letakkan di titik C yang berjarak 10 cm tepat di kiri muatan Q_A. Tentukan resultan gaya coulomb yang dialami muatan q tersebut.

 

Perhatikan teks berikut untuk menjawab soal nomor 3 dan 4.

 

Kesebandingan dan Resultan Gaya Nol

 

Jika suatu muatan terletak di antara dua muatan lain, muatan tersebut akan dipengaruhi dua gaya coulomb. Pada saat kedua gaya tersebut berlawanan arah dan sama besar, besar resultannya akan nol. Jika F_A = F_B diperoleh F_R = 0. Apabila dilakukan penyelidikan, keadaan titik C dan F_R = 0 memenuhi dua sifat berikut.

a.   Untuk muatan sejenis, titik C terletak diantara dua muatan seperti pada gambar. Sementara untuk muatan tidak sejenis, terletak di luar kedua muatan dan dekat dengan muatan yang lebih kecil.

b.   Berlaku kesebandingan r ∿ √Q

 

Perhatikan gambar di bawah ini,

Dimisalkan Q_A = + 4 μC  dan Q_B = + 8 μC. Kedua muatan tersebut terpisah sejauh 2,0 meter. Sementara itu muatan q_C = 2 μC berada diantara kedua muatan Q_A dan Q_B.

 

Soal : 3

Berdaasarkan teks tersebut, lengkapilah kalimat berikut dengan jawaban yang benar.

a.   Muatan Q_A lebih … dari Q_B.

b.   Jarak r_A lebih …. Dari r_B.

c.   Perbandingan r_A : r_B = ….

d.   Agar tidak dipengaruhi gaya coulomb, muatan q_C terletak diantara dua muatan jika 

    muatan keduanya …

e.   Agar tidak dipengaruhi gaya coulomb, muatan q_C di luar kedua muatan jika 

    muatan keduanya ….

 

Soal : 4

Pilih satu jawaban yang benar, berdasarkan teks, jika muatan q_C tidak merasakan gaya coulomb. Maka q_C terletak pada …

A.  1,2 meter di kanan Q_A.

B.  1,2 meter di kiri Q_B.

C.  1,2 meter di kanan Q_B.

D.  0,8 meter di kiri Q_A.

E.  0,8 meter di kanan Q_B.

 

Soal : 5

Terdapat muatan sebesar – 2 μC terletak di titik A dan muatan + 8 μC berada di titik B. Adapun jarak antara titik A dan B adalah 30 cm. Jika sebuah muatan q = –  3 μC diletakkan segaris muatan A dan B. Tentukan letaknya agar gaya coulomb yang dialami muatan q sama dengan nol. 

 

 

Medan Listrik

Daerah yang masih dirasakan adanya pengaruh gaya coulomb atau gaya elektrostatik.

Kuat Medan Listrik

Keterangan

E = medan listrik statis (N/C)

Q = muatan sumber (C)

K = 9.10 ⁹ N.m².C ^{– 2}.

q = muatan uji (C)

r = jari – jari medan listrik statis (m)

 

Aktivitas : 4

 

Soal : 1

Berdasarkan materi yang dipelajari, beri tanda (√ ) pada kotak di depan pernyataan yang tepat. (Jawaban lebih dari satu)

(  )  Kuat Medan listrik di suatu titik berbanding lurus dengan besar muatan listriknya.

(  )     Kuat Medan listrik di suatu titik berbanding lurus dengan kudrat jaraknya ke muatan 

       listrik.

(  )    Arah Medan listrik tergantung pada jenis muatan yang menghasilkannya.

(  )   Arah Medan listrik selalu menuju muatannya

(  )  Pada titik dengan jarak 2 kali lebih dekat terhadap muatan kuat medan listriknya 2 kali 

      lebih besar.

 

Soal : 2

Dua muatan listrik masing – masing bermuatan Q₁ = – 40 μC dan Q₂ = + 5 μC terletak pada posisi seperti pada gambar berikut.

Jika k = 9.10⁹ N.m².C ^{– 2} dan 1 μC. Tentukan kuat medan listrik di titik P.

Soal : 3

Dua buah partikel A dan B masing – masing bermuatan + 20 μC dan – 45 μC terpisah dengan jarak 20 cm. Jika C adalah titik yang terletak segaris dengan A dan B sehingga kuat medan listrik di titik C sama dengan nol. Tentukan letak C dari titik A.

 

Soal : 4

Tiga muatan +q dan tiga muatan – q disusun membentuk konfigurasi seperti gambar di bawah ini.

Jika kuat medan listrik di titik P (pusat) karena pengaruh muatan sebesar q adalah E. Dan jarak tiap muatan ke titik P sama besar, tentukan resultan kuat medan listrik di titik P karena pengaruh muatan – muatan yang ada.

 

Soal : 5

Perhatikan gambar di bawah ini,

Dua muatan Q_A = – 36 pC dan Q_B = + 12 pC terpasang pada titik – titik sudut segitiga siku – siku seperti gambar di atas. Resultan kuat medan listrik di titik C pengaruh dari kedua muatan tersebut adalah …

A.  9,0 N/C

B.  6,3 N/C

C.  4,5 N/C

D.  0,9 N/C

E.  0,63 N/C

Tambahan : 

Keterangan Gambar 

Sertifikat atau piagam atas nama Nicholas Sidik yang ditanda tangani Menteri Pendidikan RI. Setelah Nicholas Sidik menjadi juara 1 OSN (Olimpiade Sains Nasional) tingkat SMP.