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

Konstanta Coulomb, konstanta 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,

\mathbf {F} =k_{\text{e}}{\frac {Qq}{r^{2}}}\mathbf {\hat {e}} _{r}

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

$\oiint$

\mathbf {E} \cdot {\rm {d}}\mathbf {A} ={\frac {Q}{\varepsilon _{0}}}

Penggunaan Konstanta Coulomb

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

k_{\text{e}}={\frac {1}{4\pi \varepsilon _{0}}}

.

Beberapa contoh penggunaan konstanta Coulomb adalah:

Hukum Coulomb:

\mathbf {F} =k_{\text{e}}{Qq \over r^{2}}\mathbf {\hat {e}} _{r}

.

F adalah gaya pada q₁ dan q₂yang diukur dalam newton (N).
k adalah konstanta Coulomb k = 8.988×10⁹ N⋅m²/C²q₁ 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:

U_{\text{E}}(r)=k_{\text{e}}{\frac {Qq}{r}}

.

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:

\mathbf {E} =k_{\text{e}}\sum _{i=1}^{N}{\frac {Q_{i}}{r_{i}^{2}}}\mathbf {\hat {r}} _{i}

.

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

F_elect = F_grav = 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^-4C dan Q₂ = 5 x 10^-4C dipisahkan dengan jarak 5 cm. Berapakah besarnya gaya coulomb pada dua muatan tersebut. (k = 9 x 10⁹ Nm²/c²)

Pembahasan :

Diketahui :

Q₁ = 5 x 10^-4C
Q₂ = 5 x 10^-4C
r = 5 cm (dirubah menjadi satuan meter sehingga r = 5 x 10^-2m )
k = 9 x 10⁹ Nm²/c²

Ditanya : Berapakah Fc = ?

Jawab:

Fc = k. Q₁ x Q₂/r²= 9 x 10⁹ Nm²/c². (5 x 10^-4C) (5 x 10^-4C)/ (5 x 10^-2m)²= 9 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:

= 9 x 10⁹ x 1 x 10^-8 / 10^-4=9 x 10^{9 + (-8) + (+4)}= 9 x 10⁵N

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:

q₁= 2×10^-5C

q₂= 3×10^-5C

r = 40cm = 0.4m

F = k×q₁×q₂/ 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).

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

Coulomb – Gaya Elektrostatik

Rumus Hukum Coulomb

Rumus Hukum Coulomb

Pernyataan Hukum Coulomb

Bunyi Hukum Coulomb

Gaya masing-masing muatan

Notasi vektor gaya elektrostatistik