Gaya Elektrostatik

Gaya Elektrostatik
Hukum Coulomb
Tahun
1785
seorang
fisikawan
Prancis
yang
bernama Charles Agustin Coulomb menyelidiki besarnya
gaya yang terjadi pada dua benda yang bermuatan listrik.
Alat yang digunakannya adalah neraca puntir (torsion
balance). Hasil investigasinya menemukan hubungan bahwa
“besarnya gaya listrik sebanding dengan besarnya muatan
listrik dua benda dan berbanding terbalik dengan kuadrat
jarak pisah antara dua buah benda yang bermuatan listrik”.
Pernyataan ini dikenal dengan nama Hukum Coulomb.
Sebagai penghargaan atas jasanya, nama coulomb digunakan sebagai satuan muatan listrik.
Besarnya Gaya yang bekerja pada dua benda bermuatan litrik diamati pada percobaan neraca
puntir.
Bagaimana neraca puntir bekerja?
Dua bola bermuatan listrik yang digantung dengan menggunakan benang dalam sebuah tabung
dapat berputar secara bebas, hal ini dapat digunakan untuk menemukan faktor-faktor yang
mempengaruhi besarnya gaya antara dua benda yang bermuatan listrik. Pada bagian bawah dari
tabung, melingkari dinding tabung terdapat skala sudut. Jika sebuah benda yang bermuatan
listrik di dekatkan pada salah satu bola, maka bola itu akan bergerak secara melingkar
menjauh/mendekat (tergantung dengan jenis muatan ke dua benda yang berinteraksi).
Selanjutnya dengan mengasumsikan bahwa besarnya sudut simpang sebanding dengan besarnya
gaya antara dua muatan, maka dengan mengubah jarak antara dua muatan dan besarnya
muatan, kita dapat menemukan hubungan antara besarnya gaya, jarak antara dua muatan, dan
besarnya muatan.
Persamaan Coulomb
Modul Fisika Kelas XII - SMA Batik 1 Surakarta
Dari ekspriimen diketahui, bahwa muatan
m
listrrik terkuantisasi.
Muatan lis
strik terkeccil adalah saama dengann jumlah muuatan
yang dimiliki sebuah elektron yaaitu
-1,6 x 10-19 C yang
s
dengann jumlah muaatan proton, yaitu 1,6 x 10ternyata sama
19
bagaimana dua
C. Hukum
m Coulomb menyatakan
m
d muatan yang
diam salinng mempenggaruhi (berinteraksi), yang
y
dinyattakan
dengan gaaya yang dilakukannya
d
a satu terrhadap laainnya.
Coulomb menyelidiki
m
g
gaya
tarik-m
menarik ataau tolak-menolak
antara duaa muatan tittik atau parrtikel yang bermuatan,
b
y
yaitu
gaya antaara dua benda bermuaatan yang ukurannya kecil
dibandiungkan dengan jarak
j
antaraa keduanya.
Hasil eks
sprimen Coulomb, dapat dinyatakan bahwa:
F~
1
r2
(r adalah
a
jarakk antar muattan)
F ~ q1 (q1 adalah muattan pertamaa)
F ~ q2
F= k
(q2 adalah muaatan kedua)
q1q2
dimana
d
r2
k = 9.109 Nm
m2/c2
Satuan gaya
g
listrik menurut
m
SI adalah
a
newtton (N). Satuu newton (1 N) adalah sebanding
s
deengan
muatan yang
y
dipindahkan oleh arrus satu amppere dalam satu
s
detik.
Persamaaan di atas merupakan
m
b
bentuk
mateematika hukuum Coulomb. Persamaaan hanya beerlaku
untuk muatan titik ,dalam ruang vakum juuga dalam udara.. Bila benda meempunyai beentuk
misalnyaa dua pelat sejajar, maka persamaan tidak berlakku .
1. Muatan
M
muattan segaris
Besaarnya gaya Cooulomb padaa suatu muattan yang dippengaruhi oleeh beberapa muatan yang
sejennis langsung dijumlahkan secara vekttor.
Modul Fisika Kelas XII - SMA
A Batik 1 Suraakarta
Pada Gambar , gaya Coulomb pada muatan q1 dipengaruhi oleh muatan q2 dan q3 adalah F =
F12 + F13.
Apabila arah ke kanan dianggap positif dan arah ke kiri negatif, besar gaya Coulomb pada
muatan:
F1 = F12 + F13
F1 =
kq1 + kq 2
r12
2
+
kq1 + kq3
r12
2
Secara umum, gaya Coulomb pada muatan muatan segaris dapat dirumuskan:
F = F1 + F2 + F3 + ...
2. Muatan – muatan yang tidak segaris
Tiga buah muatan q1, q2, q3 ditunjukkan seperti pada gambar.
Untuk menntukan gaya Coulomb pada muatan q1
yang dipegaruhi oleh muatan q2 dan q3 dapat dicari
dengan menggunakan persamaan vektor.
F1 = F12 + F13 + 2 F12 F13 . cos θ
2
2
dimana
F12 =
F13 =
kq1 + kq 2
r12
2
kq1 + kq3
r12
2
, kedua muatan tolak menolak
, kedua muatan tarik menarik
Modul Fisika Kelas XII - SMA Batik 1 Surakarta
Contoh soal
s
Muatan listrik +q1 = 10 μC ; +q2 = 20 μC ; daan q3 terpisaah seperti paada gambar di udara. Aggar
gaya Couulomb yang bekerja
b
di muuatan q2 = nool ; berapakaah besar muaatan q3 ?
Pembahaasan :
Gambbar gaya-gayya Coulomb yang
y
bekerjaa pada muataan q2 :
dalah gaya Coulomb
C
yangg dikerjakan muatan 1 terhadap
t
muaatan 2
F21 ad
F23 ad
dalah gaya Coulomb
C
yangg dikerjakan muatan 3 terhadap
t
muaatan 2
Agar gaya yang bekerja
b
padaa q2 menghas
silkan resulttan 0, maka F21 dan F23 haruslah
h
meemiliki
besarr yang samaa tetapi arah yang berlaawanan, kareena itu q3 haaruslah muaatan positif agat
terjadi gaya tolakk-menolak.
Besaar q3 dapat diperoleh
d
darri :
F23 = F21 Î k .
q .q
q .q
q2 .q3
q .q
= k 2 2 1 Î k . 2 3 2 = k 2 2 1 Î q3 = 2,5μC (muataan positif)
2
(0,8a )
a
r21
r23
Modul Fisika Kelas XII - SMA
A Batik 1 Suraakarta