Soal dan Pembahasan HUKUM COULOMB DAN MEDAN LISTRIK

Soal dan Pembahasan
HUKUM COULOMB DAN MEDAN LISTRIK (MUATAN TITIK SISTEM MUATAN
TERDISTRIBUSI DISKRIT DAN KONTINU)
1. 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
𝑞1 𝑞2
𝑟2
(3 x 10−6 )(6 x 10−6 )
𝐹 = 9 𝑥 109 (
(3 x 10−2 )2
18 x 10−12
𝐹 = 9 𝑥 109 (
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.
2. 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
𝑞1 𝑞3
𝑟1 2
−𝑘
𝑞2 𝑞3
𝑟2 2
(6 x 10−8 )(2 x 10−8 )
(3 x 10−8 )(6 x 10−8 )
(6 𝑥 10−2 )2
(3 𝑥 10−2 )2
𝐹𝐵 = 9 𝑥 109 (
(12 x 10−16 )
) − 9 𝑥 109 (
(18 x 10−16 )
𝐹𝐵 = 9 𝑥 109 ( (36 𝑥 10−4 ) ) − 9 𝑥 109 (
(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
3. Hitunglah kuat medan listrik di titik P yang berjarak 3 cm dari muatan +8 × 10-9 C!
Penyelesaian:
𝑞
𝐸𝑃 = 𝑘 𝑟 2
𝐸𝑃 =
(9 x 109 )(8 x 10−9 )
(3 x 10−2 )2
𝐸𝑃 = 8 x 104 N C−1
4. Dua buah benda A dan B mempunyai muatan listrik masingmasing +4 × 10-8 C, dan
+16 × 10-8 C terpisah pada jarak 6 cm. Tentukan letak titik P yang mempunyai kuat
medan listrik = 0!
Penyelesaian:
Letak titik P berada di antara kedua muatan tersebut, tidak mungkin berada di luar
kedua benda tersebut. Sebab bila di antara kedua benda tersebut, arah medan listrik
titik P berlawanan arah, sehingga resultannya bisa akan menjadi nol, sedangkan di
luar kedua benda arah medan listriknya searah, sehingga tidak mungkin akan sama
dengan nol. Misal titik P terletak pada jarak x dari A, maka:
→ =→ −→
𝐸𝑃
𝐸𝐴
𝐸𝐵
→ =→
𝐸𝐴
𝐸𝐵
𝑞
𝑞
𝑘 𝑥𝐴2 = 𝑘 (6 −𝐵𝑥)2
4 𝑥10−8
𝑥2
1
𝑥2
=
=
16 𝑥10−8
(6 − 𝑥)2
4
36 − 12𝑥 + 𝑥 2
36 – 12𝑥 + 𝑥 2 = 4𝑥 2
(𝑥 + 6)(𝑥 − 2) = 0
𝑥 = −6 𝑑𝑎𝑛 𝑥 = 2
Jadi letak titik P berada 2 cm di sebelah kanan A atau 4 cm di sebelah kiri B.
5. Dua titik A dan B berjarak 5 meter, masing-masing bermuatan listrik +5 × 10-4 C dan
-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:
6. 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