Document

KUMPULAN UJIAN FISIKA DASAR II
Tutup buku (90 menit)
HUKUM COULOMB 19 april 2001
1. Muatan A, B dan C yang masing-masing nilainya 3 C, -5 C dan 8 C, berada dalam posisi
seperti pada gambar di bawah. Berapakah resultan gaya elektrostatis yang dialami oleh muatan
B?
A
B
C
20 cm
30 cm
2. Tiga buah muatan diletakkan pada ketiga sudut sebuah bujursangkar, setiap sisi dari
bujursangkar adalah 10 cm, hitunglah kuat medan total di sudut keempat (di mana tidak ada
muatan sumber).
- 5 C
-4 C
2 C
(2001)
Diketahui : Q1= 2 nC ,Q2= 3 nC
Q3= 4 nC.
Tentukan kuat medan listrik pada
muatan 4 nC oleh kedua muatan
yang lain?
Q3
20 cm
600
600
Q1
1.
20 cm
20 cm
Q2
2.
3. Pada gambar di bawah ini ditunjukan bola identik bermuatan lsitrik (massa = 0,15 kg)
menggantung di ujung tali yang sama panjangnya. Pada posisi yang tampak pada gambar di
bawah, kedua bola ternyata seimbang, berapakah muatan bola ?
60
60
40 cm
2. Muatan A, B dan C yang masing - masing nilainya 3 C, -5 C dan 9 C, berada
dalam posisi seperti pada gambar di bawah. Berapakah resultan gaya elektrostatis yang dialami
oleh muatan B ?
A
B
20 cm
C
30 cm
4. Menurut model atom Bohr tentang atom hidrogen, elektron(q=-e) mengelilingi proton (q'=+e)
dengan jari-jari 5,3 x 10-11 m. Gaya tarik antara proton dan elektron inilah yang merupakan
gaya sentripetal pda elektron, hingga elektron dapat tatap berorbit. Tentukan :
(a) Gaya tarik menarik antara kedua partikel itu
(b) Tentukan laju elektron mengelilingi proton, jika diketahuii massa elektron adalah 9,1 x
10-31 kg.
3. Menurut Bohr tentang model atom Hidrogen Elektron mengelilingi intinya, dengan lintasan
yang tetap. Padahal menurut Hukum Coulomb, seharusnya elektron menumbuk inti, karena
saling tarik-menarik. Bagaimana penjelasannya ?
Elektron (-)
inti (+)
3.
(19 APRIL 2006) TIPE A : Dua bola yang bermuatan sama saling tolak menolak dengan gaya 4
x10-5 N apabila berada dalam jarak pisah 3 cm. Hitunglah (Diketahui k = 9x109 N.m2/c2):
a. Muatan bola tersebut
b. Kuat medan listriknya
c. Potensial listriknya
d. Energi potensial listriknya
4. (19 APRIL 2006) TIPE B : Hitunglah (Diketahui k = 9x109 N.m2/c2):

Jumlah total gaya yang bekerja pada muatan 5 C yang disebabkan oleh kedua muatan
lainnya

Kuat medan listrik pada muatan 5 C
C

Potensial listrik pada muatan 5

Energi potensial listrik pada muatan 5
+3 C
- 5 C
20 cm
C
+8 C
30 cm
5. Muatan tiga titik ditempatkan pada sumbuu x seperti pada gambar berpakah jumlah gaya total
yang bekerja pada muatan –5 C ?
3C
-5C
8C
20 cm
30 cm
6. Bola bermuatan 4 x 103 C berjari-jari 2 cm berada dalam medium udara. Berapakah medan listrik
yang ditimbulkannya pada jarak :
a. 4 cm dari pusat bola
b. 1 cm dari pusat bola
7. Gambar berikut menunjukan dua bola identik (m = 0,10 g) bermuatan sama menggantung di
ujung tali yang sama panjangnya. Pada posisi yang tampak pada gambar di bawah, kedua bola
itu ternyata mengalami ksetimbangan. Berapakah muatan bola ?
60
60
8. Menurut model atom Bohr, elektron (q = -e) mengelilingi proton (q’e) dengan jari-jari 5,3 x 10-11.
Gaya tarik antara proton dan elektron inilah yang menyebabkan gaya sentripetal pada elektron,
hingga elektron dapat tetap mngorbit. Hitunglah
A. Gaya tarik menarik antara kedua partikel tersebut
B. Kecepatan elektron berputar mengelilingi proton
9. Tiga buah muatan listrik A, B, dan C masing-masing -4 C, 8 C, -5 C, ditempatkan dalam
suatu posisi sehingga membentuk bujursangkar bersisi 30 cm dengan satu sudut tanpa muatan.
Berapakah medan total pada sudut tanpa muatan tersebut
B
a. Hitunglah potensial di titik R :
C
A
A= 2
C
3
cm
B= 5
C
4
cm
B= 4
C
R
b. Perhatikan skema di bawah ini
Q1 = 20 x 108C C
5
5 cm
5
5 cm
Q2 = -5 x 108C C
5
5
a. Berapakah kuat medan totoal di titik P
b. Gaya yang dialami muatan sebesar –4x10-8 C
c.
Di mana intensitas medan listrik sama dengan nol
10. Muatan inti helium adalah +2e dan muatan inti neon + 10e, dimana e adalah muatan dasar.
Hitunglah gaya tolak antara kedua inti tersebut seandainya jarak antara keduanya 3 nanometer.
11. Ada 4 buah muatan titik dengan koordinat posisi masing-masing
sebagai berikut :
q1 = - 2 C ; (0,3) meter
q2 = 1 C
; (1,4) meter
q3 = 3 C
; (4,0) meter
q4 = -1 C ; (0,-3) meter
Tentukan gaya resultan pada q3 oleh ketiga muatan yang lain ?
12. (2003) Perhatikan muatan-muatan di bawah ini, hitunglah gaya Coulomb total pada
muatan 4 C oleh muatan-muatan lain
4 C
60
1 C
30 cm
60
2 C
13. (2003) Hitunglah potensial di titik P :
A= 2
C
3
cm
B= 5
C
4
cm
P
1. (2005) Hitunglah gaya Coulomb pada muatan QD persegi panjang yang tidak terdapat
muatan dari gambar berikut :
QB
QC
6mm
QA
8mm
Di mana :
QA = 2C, QB = -2C, QC= -4C, QD= 2C
2.
(2005) Hitunglah medan listrik di sudut persegi panjang yang tidak terdapat muatan
dari gambar berikut :
QB
QC
3mm
QA
4 mm
Di mana :
QA = 2C, QB = -2C, QC= -4C
14. (2003) Pada gambar di bawah beda potensial antar pelat adalah 40 V.
A. Manakah yang memilki potensial lebih tinggi ?
B. Berapakah usaha yang diperlukan untuk membawa suatu muatan +3C dari B ke A
dan dari A ke B
C. Bila jarak antar pelat 5 mm, berapakah besarnnya medan antar pelat ?
+
+
+
+
+
+ 5 mm
B
+A
-

15. Diketahui gaya pada muatan ke-2 dalam bentuk vektor F 2 karena pengaruh tarik81.10 9
menarik muatan ke-1 dan ke-3 adalah
 4î  ĵ . Tentukan berapa nilai muatan Q2
53
jika muatan Q1 dan Q3 masing-masing sebesar – 2 C dan – 1 C sesuai gambar di bawah
ini.


Y (m)
3
Q1
Q2
X (m)
4
-3
Q3
dimana nilai A dan B adalah posisi masing-masing muatan dalam besaran skalar
dimana muatan berada.



r 3  Aî  Bĵ
r 1  Aî  Bĵ
r 2  Aî  Bĵ



r 21  r 2  r 1



r 23  r 2  r 3

2
2
r 23  A  B

2
2
r 21  A  B
K.Q 2 .Q1 

F 21 
.r 21
 3
r21



F 2  F 21  F 23
K.Q 2 .Q 3 

F 23 
.r 23
 3
r23
ma di bawah ini
Q1 = 20 x 108C C
5
5 cm
5
Q2 = -5 x 108C C
5 cm 5
5
a) Berapakah kuat medan totoal di titik P
b) Gaya yang dialami muatan sebesar –4x10-8 C
c) Di mana intensitas medan listrik sama dengan nol
16. P
erha
tikan
ske
10 cm
50 cm
HUKUM GAUSS
1.
Hitunglah medan listrik dari sebuah garis bermuatan sepanjang 50 cm dengan
rapat muatan 5 C/m pada jarak 10 cm tegak lurus garis seperti pada gambar :

2k 
L /2
 2.
Bola bermuatan 4 x 103 C berjari-jari 2 cm berada dalam medium udara.
2
2


b
 b  (L / 2 )  Berapakah medan listrik yang ditimbulkannya pada jarak :
1 Q
4 cm dari pusat bola
E( r ) 
r̂ c.
4π 0 r 2
d. 1 cm dari pusa bola
 1 Q
r
E  
3 
 4o R 
2. 1. LISTRIK STATIS 2 : HUKUM GAUSS (50 POINT)

y
Sebuah kawat lurus panjangnya
5 m memiliki muatan +10 C.
P
3m

Kawat dibentangkan dari x=0
r
sampai x=5 m pada koordinat
Kartesius. Carilah vektor medan
x
0
listrik pada titik P (0 m, 3 m)?
5m
1.

Q
L
r 2  x 2  y 2  x 2  32
dEp 
k.dq
r2
y
2k
cos .d.....cos  
3
r
2k
x
dEpx  dEp. sin ....Ep x 
sin .d.....sin  
3
r

dEp y  dEp. cos .....Ep y 

3.
0,1 mm
Hitunglah pelat konduktor yang diberi muata 40
C. (Jika anda tidak hafal persamaannya, silakan
menurunkannya dengan hukum gauss berikut :
0,2 mm
  Q
Φ   E  dA  total
o
S
1.
Hitunglah medan listrik pada titik P yang
jaraknya 2 cm dari kawat listrik dengan muatan
persatuan panjang (Q/L)  = 2C/mm.
P
(Jika anda tidak hafal persamaannya, silakan
menurunkannya dengan hukum gauss berikut :
  Q
Φ   E  dA  total
o
S
MEDAN MAGNET (20 POINT)
A
B
r=5
15 A
C
Hitunglah Gaya yang dialami kawat A
sepanjang 20 cm
R=3
5A
20 A
Jawab :
  .I   4 .10 7.5 A 
  2.10 5 T
B B   0 B   
2 


2

r


2

.
5
.
10

 

  0 .I C   4 .10 7.20 A
  
BC  
2


2

r

R

  2 .3  510

  5.10 5 T

B  B B  BC  3.10 5 T
5
FA  BI A   3.10 .15 A.20.10
A
B
r=5
30 A
C
R=3
20 A
10 A
2
 90 N
10
10
Hitunglah Gaya yang dialami kawat C
sepanjang 25 cm
Jawab :
  0 .I A   4.10 7 .30A
  
B A  
2


2

r

R

  2.5  3.10

3
   .10  4 T
4

4
  .I   4.10 7 .20A 
   .10  4 T
B B   0 B   
2
3
 2R   2.310

7
B  B B  B A  .10  4 T
12
7
FC  BI C   .10  4.10A.25.10  2  145,8N
12
10
10
Dua kawat lurus panjang dan sejajar berjarak 4 cm. Yang satu berarus 2 A, yang lain 6
A dalam arah yang sama. Hitung gaya per satuan panjang antara kedua kawat. (
  4.10  7 T.m / A )
0
Jawab :
F  BI sin 90
 4.10 7 .2A 
F   0 .I 1 
.6A  6.10 5 N / m

I 2 .1  
  2 r 
 2 .0 ,04 
10
10
Sebuah kumparan terdiri dari 40 lilitan berdiameter 32 cm. Berapakah arus yang harus
mengalir padanya agar pada titik pusat kumparan timbul medan magnet 3 x 10 -4 T ? (
  4.10  7 T.m / A )
0
Jawab :
 0 NI
2r
 B.2r   3.10  4.2.0,16 
  
  1,9A
I  
7
  0 N   4.10 .40 
B
10
10
Suatu solenoida memiliki 2000 lilitan, panjangnya 60 cm dan lilitannya berdiameter 2
cm, jika dialiri arus 5 A, berapakah medan magnet dalam solenoida tersebut. (
  4.10  7 T.m / A )
0
Jawab :
B   0 nI   0
N
2000
I  4 .10 -7.
.5  0,021 T

60.10  2
20
19 april 05
Sebuah toroida dengan jari-jari 5 cm terdiri dari 750 lilitan. Berapakah arus yang mengalir dalam lilitan
agar rapat fluks pada titik-titik lingkaran toroida 1,8 10-3 T. ( 0  410 7T.m / A )
Diketahui : r = 5 cm = 0,05 m
Ditanya : I ?
Jawab:
N = 750 B = 1,8 10-3 T
 NI
B 0
2r
B2r 1,8.10  3.2 .0,05
I

 0,6 A

7
0 N
4 .10 .750
(2005) Sebuah ion (q = 2e) dengan laju 2,5 105 m/s memasuki medan magnet 1,2 Wb/m2 tegak
lurus. Hitunglah gaya yang diderita ion tersebut ? (e = 1,6 10-19 c)
Diketahui : q = 2e= 2.x1,6 10-19 c= 3,2x10-19 c
v = 2,5 105 m/s
B = 1,2 Wb/m2
Ditanya : F ?
Jawab:
F  qvB
 3,2.1019 x2,5.105 x1,2  9,6.1014 N
(2004) Medan magnet homogen B=3G=3.10-4 T dalam arah sumbu x positif. Sebuah proton
(q=+e) bergerak di dalamnya dengan laju 5 x 106 m/s dalam arah sumbu +y. Tentukan besar dan
arah gaya magnet yang dialami proton tersebut
Kumparan persegi panjang dengan panjang 15 cm lebar 0,12 m terdiri dari 30 lilitan dan dialiri
arus 3 A. Kumparan berada dalam medan magnet B =0,25 T. Hitung torsi yang dialami
kumparan
1. Solenoida mempunyai 2000 lilitan, panjangnya 60 cm dan lilitannya berdiameter 2 cm.
Kalau dialiri arus 5 A, berapakah rapat fluks (T) di dalam solenoida (solenoida berada di
dalam udara)
a. 0,021
b. 2,1
c. 0,21
d. 21
2. Diketahui : Bs=4 mT, Bw=1,33 mT.Berapakah B resultan (mT) dari solenoida dengan Bs
sejajar kawat dan Bw tegak lurus kawat:
a. 4,2
b. 5,33
c. 2,67
d. 4/1,33
1. Sebuah kumparan datar yang terdiri dari 40 lilitan berdiameter 32 cm. Berapakah arus
(A) yang harus melaluinya agar pada titik pusat kumparan itu timbul medan dengan
rapat fluks 3 .10-4 Wb/m2
c. 1,9
a. 0,95
b. 9,5
d. 9,1
2. Berapakah rapat fluks dalam udara di titik P sejauh 6 cm dari kawat lurus dan panjang
berarus 9 A (10-5 T)
a. 6/9
b. 9/6
c. 3
d. 54
1. Gaya dengan muatan yang bergerak dalam medan magnet bergantung pada besaran di
bawah ini, kecuali :
d. cos 0
a. B
b. V
c. Q
2. Sebuah kumparan datar dengan lilitan berdiameter 10 cm terdiri dari 25 lilitan. Dengan
arus 4 A dalam kawatnya, berapakah induksi magnetic B (10-3 Wb/m2) yang ditimbulkan
pada titik pusat kumparan
a. 6,21
b. 1,62
c. 2,16
d. 1,26
1. Hitunglah nilai B di udara pada titik 5 cm dari kawat lurus panjang yang menghantarkan
arus 15 A
a. 0,6
b. 6.10-5
c. 6.10-3
d. 6.10-7
2. Sebuah kumparan datar dengan lilitan berdiameter 10 cm terdiri dari 25 lilitan. Dengan
arus 4 A dalam kawatnya, berapakah induksi magnetic B (10-3 Wb/m2) yang ditimbulkan
pada titik pusat kumparan
a. 6,21
b. 1,26
c. 2,16
d. 1,62
2. LISTRIK STATIS 3 : POTENSIAL & ENERGI POTENSIAL LISTRIK (50 POINT)
Tiga buah muatan masing-masing q1=4C di (-3,1), q2=2C di (4,1),
q3=-3C di (-2,2). Tentukan Potensial di titik O (5,5)
2.


r1  A1ˆi  B1ˆj
r2  A 2 ˆi  B 2 ˆj




r0  A 0 ˆi  B 0 ˆj
r01  r0  r1




r03  r0  r3
r01  A 0  A1 2

r02  A 0  A 2 2  B 0  B 2 2

r03  A 0  A 3 2  B 0  B 3 2
 q
q
q 
V0  k   1   2   3 
r03 
 r01 r02

r3  A 3 ˆi  B 3 ˆj



r02  r0  r2
 B 0  B1 2
Seringkali kesabaran yang sesaat membawa kenikmatan yang abadi. Dan kenikmatan sesaat membawa
penyesalan yang berkepanjangan (Ali bin Abi Thalib r.a)
Secara genetis kita adalah MAKHLUQ CERDAS keturunan NABI ADAM YG SANGAT CERDAS (QS. 2:3034),
dan tidak mungkin kecerdasan berevolusi dari makhluq yg lebih bodoh seperti kata Darwin.
Bandung, 3 /Juni/ 09
By @dler
l