fbpx

Hukum Coulomb – Gaya Elektrostatik dan Konstanta Coulomb – Beserta Contoh Soal dan Jawaban

Gaya Elektrostatik

Hukum Coulomb adalah hukum yang menjelaskan tentang gaya elektrostatistik, hubungan antara gaya yang timbul antara dua titik muatan, yang terpisahkan jarak tertentu, dengan nilai muatan dan jarak pisah keduanya.
 

Rumus Hukum Coulomb

F adalah gaya pada q1 dan q2 yang diukur dalam newton (N).
k adalah konstanta Coulomb k = 8.988×109 N⋅m2/C2
q1 adalah muatan pertama dalam coulomb (C).
q2 adalah muatan kedua dalam coulomb (C).
r adalah jarak antara 2 pengisian dalam meter (m).

atau juga dapat dirumuskan seperti ini:

Pertanyaan Charles Augustin de Coulomb saat ini telah dikenal dengan Hukum Coulomb dengan persamaan sebagai berikut:

Fc = k. (Q1 x Q2) / r²

Rumus Hukum Coulomb
Rumus Hukum Coulomb

Keterangan:
Fc = gaya tarik-menarik atau tolak-menolak pada satuan Newton (N)
Q1 = besar muatan pertama pada satuan Coulomb (C)
Q2 = besar muatan kedua pada satuan Coulomb (C)
r = jarak antara 2 benda muatan pada satuan meter (m)
k = konstanta pembanding besarnya adalah 9 × 10 pangkat 9 Nm2/C2

Pernyataan Hukum Coulomb

Hukum ini menyatakan apabila terdapat dua buah titik muatan maka akan timbul gaya di antara keduanya, yang besarnya sebanding dengan perkalian nilai kedua muatan dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antar keduanya.

Bunyi Hukum Coulomb

Besarnya gaya tarik-menarik dan tolak-menolak oleh dua benda yang mempunyai muatan listrik sejenis akan berbanding lurus pada muatan masing-masing benda dan berbanding terbalik pada kuadrat jarak pada dua benda tersebut.

Gaya masing-masing muatan

Interaksi antara benda-benda bermuatan (tidak hanya titik muatan) terjadi melalui gaya tak-kontak yang bekerja melampaui jarak separasi. Adapun hal lain yang perlu diperhatikan adalah bahwa arah gaya pada masing-masing muatan terletak selalu sepanjang garis yang menghubungkan kedua muatan tersebut.

Gaya yang timbul dapat membuat kedua titik muatan saling tarik-menarik atau saling tolak-menolak, tergantung nilai dari masing-masing muatan. Muatan sejenis (bertanda sama) akan saling tolak-menolak, sedangkan muatan berbeda jenis akan saling tarik-menarik.
 

Rumus hukum Coulomb

Hukum Coulomb – Gaya Elektrostatik dan Konstanta Coulomb – Beserta Contoh Soal dan Jawaban

 

Notasi vektor gaya elektrostatistik

Dalam notasi vektor, hukum Coloumb dapat dituliskan sebagai

yang dibaca sebagai gaya yang dialami oleh muatan akibat adanya muatan . Untuk gaya yang dialami oleh muatan akibat adanya muatan dituliskan dengan menukarkan indeks , atau melalui hukum ketiga Newton dapat dituliskan

hukum Coulomb ditemukan oleh Charles Coulomb seorang ilmuan Prancis (1736-1806). Pada tahun 1785, C. Coulomb menyelidiki hubungan antar besar muatan dan jarak antara muatan dengan besar gaya listrik yang dihasilkan.

 

Konstanta Coulomb

Konstanta Coulombkonstanta gaya listrik, atau konstanta elektrostatis (dinotasikan ke ) adalah konstanta berbanding lurus pada persamaan yang menghubungkan variabel listrik dan sama dengan ke  = 8.9875517873681764×109 N·m2/C2 (i.e. m/F). Dinamai dari fisikawan Prancis Charles-Augustin de Coulomb (1736–1806) yang pertama digunakan pada Hukum Coulomb.

Nilai konstanta

Konstanta Coulomb dapat diturunkan secara empiris sebagai konstanta berbanding lurus dalam Hukum Coulomb,

dengan êr adalah vektor satuan pada arah r. Meski begitu, nilai teoritisnya bisa diturunkan dari Hukum Gauss,

\oiint

Penggunaan Konstanta Coulomb

Konstanta Coulomb digunakan di banyak persamaan listrik, meskipun terkadang dituliskan sebagai produk konstanta permitivitas vakum:

.

Beberapa contoh penggunaan konstanta Coulomb adalah:

Hukum Coulomb:

.
F adalah gaya pada q1 dan q2 yang diukur dalam newton (N).
k adalah konstanta Coulomb k = 8.988×109 N⋅m2/C2
q1 adalah muatan pertama dalam coulomb (C).
q2 adalah muatan kedua dalam coulomb (C).
r adalah jarak antara 2 pengisian dalam meter (m).

Energi potensial listrik:

.
Energi potensial listrik, atau energi potensial elektrostatik, adalah energi potensial (diukur dalam joule) yang dihasilkan dari gaya-gaya Coulomb konservatif dan diasosiasikan dengan konfigurasi sejumlah muatan-muatan titik dalam sebuah sistem yang didefinisikan. Suatu objek dapat memiliki energi potensial listrik karena dua elemen utama: muatan listriknya sendiri dan posisi relatifnya terhadap objek bermuatan listrik lainnya.

Medan listrik:

.

 

Rumus Fisika Lainnya

Fisika banyak diisi dengan persamaan dan rumus fisika yang berhubungan dengan gerakan sudut, mesin Carnot, cairan, gaya, momen inersia, gerak linier, gerak harmonik sederhana, termodinamika dan kerja dan energi. Klik disini untuk melihat rumus fisika lainnya (akan membuka layar baru, tanpa meninggalkan layar ini).

 

Soal dan Jawaban Gaya Elektrostatik – Hukum Coulomb

1. Pada jarak pemisahan mana dua muatan 1,00-micro Coulomb harus ditempatkan agar gaya tolak di antara keduanya setara dengan berat (di Bumi) dari massa 1,00 kg?

Jawab: 0,030 m atau 3,0 cm

Langkah 1: Identifikasi nilai yang diketahui dalam bentuk variabel.

Q1 = 1.0 x 10-6 C and Q2 = 1.0 x 10-6 C

Felect = Fgrav = mg = 1.0 • 9.8 m/s/s = 9.8 N

Langkah 2: Identifikasi informasi yang diminta

d = ???
Langkah 3: Jumlah dan pecahkan.

2. Terdapat dua benda bermuatan listrik yang sejenis, masing-masing terdapat Q1 = 5 x 10-4 C dan Q = 5 x 10-4C dipisahkan dengan jarak 5 cm. Berapakah besarnya gaya coulomb pada dua muatan tersebut. (k = 9 x 109 Nm2/c)

Pembahasan :

Diketahui :

Q1 = 5 x 10-4 C
Q = 5 x 10-4 C
r = 5 cm (dirubah menjadi satuan meter sehingga r = 5 x 10-2 m )
k   =  9 x 109 Nm2/c2

Ditanya : Berapakah Fc = ?

Jawab:

Fc = k. Q1 x Q2/r2
= 9 x 109 Nm2/c. (5 x 10-4 C) (5 x 10-4 C)/ (5 x 10-2 m)2
x 109 x 5 x 10-4  x 5 x 10-4  / 25 x 10-4

Catatan! boleh dikalikan terlebih dahulu 9 x 5 x 5, lalu dibagi 25. Atau bisa juga dengan 5 x 5 lalu dibagi 25 kemudian bilangan pangkatnya dijumlahkan. Nah, cara disini menggunakan yang 5 x 5 dibagi 25 maka hasilnya yaitu 1 ). Sehingga:

x 10 x 1 x 10-8  / 10-4
=9 x 109 + (-8) + (+4)
= 9 x 10N

Jadi, gaya tolak menolak antara kedua muatan sejenis tersebut ialah 9 x 105 N.

3. Balon dengan muatan 4,0 µC dipegang jarak 0,70 m dari balon kedua yang memiliki muatan yang sama. Hitung besarnya gaya tolak (Gaya Elektrostatik).

Jawab: 0,29 N

Langkah 1: Identifikasi nilai yang diketahui dalam bentuk variabel.

Q1 = -4.0 x 10^-6 C and Q2 = +4.0 x 10-6 C
d = 0,70 m.

Langkah 2: Identifikasi informasi yang diminta

F = ???
Langkah 3: Jumlah dan pecahkan.

4. Tentukan gaya tarik listrik antara dua balon yang diisi dengan jenis muatan yang berlawanan tetapi jumlah muatan yang sama. Muatan pada balon adalah 6.0 x 10-7 C dan dipisahkan oleh jarak 0,50 m.


Langkah 1: Identifikasi nilai yang diketahui dalam bentuk variabel.

Q1 = +6.0 x 10-7 C and Q2 = -6.0 x 10-7 C
d = 0,50 m

Langkah 2: Identifikasi nilai yang diminta

F = ???
Langkah 3: Jumlah dan pecahkan

5. Apabila terdapat sebuah 2 muatan listrik yang mempunyai besar Q1 dan Q2 berada di antara jarak r yang memiliki gaya Coulomb sebesar Fc. Berapakah besar gaya Coulomb tersebut, apabila muatan yang pertama diperbesar sebanyak 6x.

Pembahasan:

Kondisi pertama Q1, Q2, r dan Fc berlaku Fc = Q1, Q2 : r2

Ketika kondisi muatan diperbesar 6x:

Q1 = 6 Q1 membuat gaya Coulomb berubah menjadi F’ berlaku
F’ = k Q1, Q2 : r2
F’ = 6k Q1, Q2 : r2
F’ = k (6Q1, Q2) : r2
F’ = 6Fc

6. Cindy telah menggosok balon dengan wol untuk memberi muatan -1,0 x 10-6 C. Dia kemudian memperoleh tabung golf plastik dengan muatan +4,0 x 10-6 C yang dilokalisasi pada posisi tertentu. Dia memegang lokasi muatan pada tabung golf plastik jarak 50,0 cm di atas balon. Tentukan kekuatan tarik listrik antara tabung golf dan balon.

Jawaban: 0,144 N

Langkah 1: Identifikasi nilai yang diketahui dalam bentuk variabel.

Q1 = -1.0 x 10^-6 C and Q2 = +4.0 x 10-6 C
d = 50,0 cm = 0,50 m.

Langkah 2: Identifikasi informasi yang diminta

F = ???
Langkah 3: Jumlah dan pecahkan.

7. Tentukan gaya tarik listrik antara dua balon dengan muatan terpisah +3.5 x 10-8 C dan -2.9 x 10-8 C saat dipisah dengan jarak 0,65 m.

Jawaban: 2,16 x 10-5 N, menarik

Langkah 1: Identifikasi nilai yang diketahui dalam bentuk variabel.

Q1 = +3.5 x 10-8 C and Q2 = -2.9 x 10-8 C
d = 0,65 m

Langkah 2: Identifikasi nilai yang diminta

F = ???
Langkah 3: Ganti dan pecahkan

8. Jika terdapat dua muatan yang sama jenis besarnya adalah 2 x 10-6C dan 6 x 10-4C. Jika jarak pada muatan tersebut yakni 6 cm. Maka berapakah gaya Coulomb yang terjadi diantara kedua muatan tersebut?

Pembahasan:

Diketahui:

Q1 = 2 x 10-6C

Q2 = 6 x 10-4C

r = 6 cm = 6 x 10-2 m

Ditanya, berapakah Fcnya ?

Jawab:

Fc = F’ = k (Q1 x Q2) : r2
Fc = 9 (109 x 2 x 10-6C x 6 x 10-4C) : 6 x 10-2
Fc = 9 (109 x 2 x 10-6C x 6 x 10-4C) : 36 x 10-4
Fc = 3 x 103

9. Temukan gaya antara 2 muatan listrik 2×10-5C and 3×10-5C dengan jarak 40cm di antaranya.

Jawaban:

q= 2×10-5C

q= 3×10-5C

= 40cm = 0.4m

F = k×q1×q/ r2 = 8.988×109N⋅m2/C2 × 2×10-5C × 3×10-5C / (0.4m)2 = 37.705N

10. Dua bola bermuatan kecil ditempatkan terpisah 0,300 m. Yang pertama memiliki muatan -3,00 μC (micro-Coulombs), dan yang kedua memiliki muatan -12,0 μC. Apakah bola bermuatan ini menarik atau menolak? Berapa besarnya gaya elektrostatik pada setiap bola?

Jawab: Bola memiliki muatan dengan tanda yang sama, dan dengan demikian gaya di antara mereka menjijikkan. Arah gaya pada masing-masing bola menjauh dari yang lain. Untuk menemukan besarnya gaya, muatan pada partikel harus dikonversi menjadi Coulomb. Awalan “µ”, yang berarti “mikro”, menunjukkan bahwa angka tersebut diskalakan dengan 10-6, dan karenanya 1 µC = 10-6 C Muatan bola pertama adalah:

q1 = -3.00 µC


Muatan bola kedua adalah:



Besarnya gaya elektrostatik pada setiap bola dapat ditemukan menggunakan Hukum Coulomb:





Besarnya gaya pada masing-masing bola adalah 3,595 N (Newton).

 

Bacaan Lainnya

 

Apakah Anda memiliki sesuatu untuk dijual, disewakan, layanan apa saja yang ditawarkan atau lowongan pekerjaan? Pasang iklan & promosikan jualan Anda sekarang juga! 100% GRATIS di: www.TokoPinter.com

Apakah Anda memiliki sesuatu untuk dijual, disewakan, layanan apa saja yang ditawarkan atau lowongan pekerjaan? Pasang iklan & promosikan jualan atau jasa Anda sekarang juga! 100% GRATIS di: www.TokoPinter.com

 

Cara daftar pasang iklan gratis

3 Langkah super mudah: tulis iklan Anda, beri foto & terbitkan! semuanya di Toko Pinter

 

Unduh / Download Aplikasi HP Pinter Pandai

Respons “Ooo begitu ya…” akan sering terdengar jika Anda memasang applikasi kita!

Siapa bilang mau pintar harus bayar? Aplikasi Ilmu pengetahuan dan informasi yang membuat Anda menjadi lebih smart!

 
Sumber bacaan: The Physics Classroom, Soft Schools, Rapid Tables

 
Pinter Pandai “Bersama-Sama Berbagi Ilmu”
Quiz | Matematika | IPA | Geografi & Sejarah | Info Unik | Lainnya

By | 2019-12-02T15:43:10+07:00 November 30th, 2019|IPA, Matematika|0 Comments

Leave A Comment