soal dan pembahasan listrik statis

soal dan pembahasan : listrik statis
Berikut ini ditampilkan beberapa soal dan pembahasan materi Listrik Statis yang dibahas di kelas
XII SMA.
1) Dua buah partikel bermuatan berjarak R satu sama lain dan terjadi gaya tarik-menarik sebesar
F. Jika jarak antara kedua muatan dijadikan 4 R, tentukan nilai perbandingan besar gaya tarikmenarik yang terjadi antara kedua partikel terhadap kondisi awalnya!
Pembahasan
sehingga
2) Tiga buah muatan A, B dan C tersusun seperti gambar berikut!
Jika QA = + 1 μC, QB = − 2 μC ,QC = + 4 μC dan k = 9 x 109 N m2 C− 2 tentukan besar dan arah
gaya Coulomb pada muatan B !
Pembahasan
Pada muatan B bekerja 2 buah gaya, yaitu hasil interaksi antara muatan A dan B sebut saja FBA
yang berarah ke kiri dan hasil interaksi antara muatan B dan C sebut saja FBC yang berarah ke
kanan. Ilustrasi seperti gambar berikut:
Karena kedua gaya segaris namun berlawanan arah maka untuk mencari resultan gaya cukup
dengan mengurangkan kedua gaya, misalkan resultannya kasih nama Ftotal :
F total = FBC - FBA
F total = 72 X 10 - 3 - 18 x 10 -3 = 54 x 10 -3 N
Arah sesuai dengan FBC yaitu ke kanan .
3) Dua buah muatan tersusun seperti gambar berikut!
Jika Q1 = + 1 μC, Q2 = − 2 μC dan k = 9 x 109 N m2 C− 2 tentukan besar dan arah kuat medan
listrik pada titik P yang terletak 4 cm di kanan Q1 !
PembahasanRumus dasar yang dipakai untuk soal ini adalah
dimana E adalah kuat medan listrik yang dihasilkan suatu muatan, dan r adalah jarak titik dari
muatan sumber. Harap diingat lagi untuk menentukan arah E : "keluar dari muatan positif" dan
"masuk ke muatan negatif"
Perhatikan ilustrasi pada gambar!
Langkah berikutnya adalah menghitung masing-masing besar kuat medan magnet E1 dan E2
kemudian mencari resultannya jangan lupa ubah satuan centimeter menjadi meter. Supaya lebih
mudah hitung secara terpisah satu persatu saja,..
Arah ke arah kanan.
4) Gambar berikut adalah susunan tiga buah muatan A, B dan C yang membentuk suatu segitiga
dengan sudut siku-siku di A.
Jika gaya tarik-menarik antara muatan A dan B sama besar dengan gaya tarik-menarik antara
muatan A dan C masing-masing sebesar 5 F, tentukan resultan gaya pada muatan A !
PembahasanKarena kedua gaya membentuk sudut 90°cari dengan rumus vektor biasa :
5) Tiga buah muatan membentuk segitiga sama sisi seperti gambar berikut. Jarak antar ketiga
muatan masing-masing adalah 10 cm.
Jika Q1 = + 1 C, Q2= Q3 = − 2 C dan k = 9 x 109 N m2 C− 2 tentukan besar resultan gaya
Coulomb pada muatan Q1 !
PembahasanTipe soal mirip soal nomor 4, dengan sudut 60° dan nilai masing-masing gaya
harus dicari terlebih dahulu.
Angka 18 x 1011 N namakan saja X untuk mempermudah perhitungan selanjutnya.
6) Dua buah muatan masing - masing Q1 = 1 μC dan Q2 = 4 μC terpisah sejauh 10 cm.
Tentukan letak titik yang memiliki kuat medan listrik nol !(Tipikal Soal UN)
PembahasanLetak titik belum diketahui sehingga ada tiga kemungkinan yaitu di seblah kiri Q1,
di sebelah kanan Q2 atau diantara Q1 dan Q2. Untuk memilih posisinya secara benar perhatikan
ilustrasi berikut ini dan ingat kembali bahwa kuat medan listrik "keluar untuk muatan positif"
dan "masuk untuk muatan negatif". Namakan saja titik yang akan dicari sebagai titik P.
Ada 2 tempat dimana E1 dan E2 saling berlawanan, ambil saja titik yang lebih dekat dengan
muatan yang nilai mutlaknya lebih kecil yaitu disebelah kiri Q 1 dan namakan jaraknya sebagai
x.
Letak titik yang kuat medannya nol adalah 10 cm di kiri Q1 atau 20 cm di kiri Q2.
7) Sebuah muatan listrik negatif sebesar Q yang berada pada suatu medan listrik E yang berarah
ke selatan. Tentukan besar dan arah gaya listrik pada muatan tersebut!
Pembahasan
Hubungan antara kuat medan listrik E dan gaya listrik F yang terjadi pada suatu muatan q adalah
F = QE
dengan perjanjian tanda sebagai berikut:


Untuk muatan positif, F searah dengan arah E
Untuk muatan negatif, F berlawanan arah dengan arah E
Pada soal diatas E berarah ke selatan sehingga arah F adalah ke utara, karena muatannya adalah
negatif.
8) Perhatikan gambar tiga buah muatan yang berada di sekitar titik P berikut!
Jika k = 9 x 109 N m2 C− 2 , Q1 = + 10−12 C, Q2 = + 2 x 10−12 C dan Q3 = - 10−12 C, tentukan
besar potensial listrik pada titik P !Pembahasan
9) 8 buah muatan listrik 4 diantaranya sebesar + 5 C dan 4 lainnya adalah − 5 C tersusun hingga
membentuk suatu kubus yang memiliki sisi sepanjang r.
Tentukan besar potensial listrik di titik P yang merupakan titik berat kubus ! Pembahasan
Kenapa nol? Jarak masing-masing muatan ke titik P adalah sama dan besar muatan juga sama,
separuh positif dan separuh lagi negatif sehingga jika dimasukkan angkanya hasilnya adalah nol.
10) Dua buah partikel dengan besar muatan yang sama digantung dengan seutas tali sehingga
tersusun seperti gambar berikut!
Jika tan θ = 0,75 dan besar tegangan pada masing-masing tali adalah 0,01 N, tentukan besar
gaya tolak - menolak antara kedua partikel!Pembahasan
Perhatikan uraian gaya pada Q2 berikut !
Karena nilai gaya tali sudah diketahui, maka dengan prinsip keseimbangan biasa didapat :
FC = T sin Θ
FC = 0,01 x 0,6 = 0,006 Newton
11) Sebuah partikel yang bermuatan negatif sebesar 5 Coulomb diletakkan diantara dua buah
keping yang memiliki muatan berlawanan.
Jika muatan tersebut mengalami gaya sebesar 0,4 N ke arah keping B, tentukan besar kuat
medan listrik dan jenis muatan pada keping A ! Pembahasan
F = QE
E = F / Q = 0,4 / 5 = 0,08 N/C
Untuk muatan negatif arah E berlawanan dengan F sehingga E berarah ke kiri dan dengan
demikian keping B positif, keping A negatif.
12) Sebuah bola berongga memiliki muatan sebesar Q Coulomb dan berjari-jari 10 cm.
Jika besar potensial listrik pada titik P adalah (kQ / x ) volt, tentukan nilai x !Pembahasan
Untuk mencari potensial suatu titik yang berada di luar bola, V = (kq)/r dimana r adalah jarak
titik tersebut ke pusat bola atau x = (0,1 + 0,2) = 0,3 meter.
13) Tentukan besarnya usaha untuk memindahkan muatan sebesar positif sebesar 10 μC dari
beda potensial 220 kilovolt ke 330 kilovolt !
Pembahasan
W = q ΔV
W = 10μC x 100 kvolt = 1 joule
14) Perhatikan gambar berikut ! E adalah kuat medan listrik pada suatu titik yang ditimbulkan
oleh bola berongga yang bermuatan listrik + q.
Tentukan besar kuat medan listrik di titik P, Q dan R jika jari-jari bola adalah x dan titik R
berada sejauh h dari permukaan bola!
Pembahasan



Titik P di dalam bola sehingga
EP = 0
Titik Q di permukaan bola sehingga EQ = (kq)/x2
Titik R di luar bola sehingga
ER = (kq)/(x + h)2
15) Sebuah partikel bermassa m dan bermuatan negatif diam melayang diantara dua keping
sejajar yang berlawanan muatan.
Jika g adalah percepatan gravitasi bumi dan Q adalah muatan partikel tentukan nilai kuat medan
listrik E antara kedua keping dan jenis muatan pada keping Q !
Pembahasan
Jika ditinjau gaya-gaya yang bekerja pada partikel maka ada gaya gravitasi/ gaya berat yang
arahnya ke bawah. Karena partikel melayang yang berarti terjadi keseimbangan gaya-gaya, maka
pastilah arah gaya listriknya ke atas untuk mengimbangi gaya berat. Muatan negatif berarti arah
medan listrik E berlawanan dengan arah gaya listrik F sehingga arah E adalah ke bawah dan
keping P adalah positif (E "keluar dari positif, masuk ke negatif"), keping Q negatif.
Untuk mencari besar E :
F listrik = W
qE = mg
E = (mg)/q