Dua muatan listrik sejenis tolak-menolak
dan dua muatan listrik tidak sejenis tarik-menarik. Ini berarti antara dua
muatan listrik timbul gaya listrik (tolak-menolak atau tarik-manarik).
Bagaimana besar gaya ini terhadap besar muatan dan jarak antara kedua muatan?
Hubungan gaya tarik atau tolak antara dua bola bermuatan dengan jarak kedua
muatan ditentukan oleh seorang pakar fisika berkebangsaan Prancis bernama
Charles Coulomb, pada 1785. Dalam eksperimennya, Coulomb menggunakan sebuah
neraca puntir.
Jika bola A yang bermuatan diletakkan
pada tempatnya maka bola B ditolak oleh bola A (bola B dan A keduanya bermuatan
positif). Ini mengakibatkan lengan neraca terpuntir dan dalam keadaan seimbang
lengan neraca mencapai kedudukan yang baru.
Dari sudut puntiran ini, Coulomb mengukur
besar gaya listrik. Dengan mengubah-ubah jarak antara bola B dan A, gaya
listrik dapat diukur sebagai fungsi jarak. Coulomb menyimpulkan bahwa gaya
tarik atau gaya tolak berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua
bola bermuatan.
Secara matematis dapat ditulis sebagai
berikut.
F ~ 1/r2 .
Bagaimana muatan mempengaruhi gaya
listrik tersebut? Pertama kali Coulomb mengukur gaya tolak antara bola A dan
bola B pada suatu jarak tertentu. Kemudian, ia pun membagi muatan bola A
menjadi dua sehingga muatan A menjadi setengah muatan awalnya. Ia mendapatkan
bahwa besar gaya tolak menjadi setengah kali semula. Percobaan diulangi dengan
membagi muatan bola A menjadi seperempat muatan awalnya.Ia mendapatkan bahwa
besar gaya tolak menjadi seperempat kali semula. Coulomb menarik kesimpulan
bahwa gaya tarik atau gaya tolak antara dua bola bermuatan sebanding dengan
muatan-muatannya.Secara matematis dapat
ditulis sebagai berikut.
F ~ q1.q2 .
Dengan cara menggabungkan kedua
kesimpulan ini, Coulomb menyatakan hukumnya yang dinamakan hukum Coulomb,
yaitu:
“Gaya tarik atau tolak antara dua muatan
listrik seband-ing dengan muatan-muatannya dan berbanding terbalik dengan
kuadrat jarak antara kedua muatan.”
Secara matematis hukum Colulomb dapat
dinyatakan sebagai berikut.
dengan:
F = besar gaya Coulomb (N),
q1, q2 = muatan masing-masing
partikel (coulomb, disingkat C)
r
= jarak pisah antar kedua muatan (m)
ε0 = permisivitas
ruang hampa = 8,85 × 10−12 C2N-1m-2
Contoh Soal 1
Dua buah
muatan titik masing-masing +2 μC dan -5 μC terpisah 10 cm satu sama
lain. Tentukanlah gaya tarik-menarik kedua muatan tersebut!
Penyelesaian:
Diketahui:
q1 = + 2 μC
q2 = -5 μC
r = 10 cm
Ditanyakan:
F = . . . ?
Jawab:
Contoh Soal 2
Tiga buah
benda A, B, dan C masing-masing bermuatan listrik sebesar 3 × 10-8
C, - 6 × 10-8 C, dan 2 × 10-8 C yang terletak dalam satu garis lurus,
jika jarak AB = 3 cm dan BC = 6 cm. Tentukan besarnya gaya Coulomb yang dialami
oleh muatan di titik B!
penyelesaian
tanda
negatif menunjukkan arah gaya ke kiri yaitumengarah ke titik A
Jadi,
besarnya gaya Coulomb yang dialami muatan di titik B adalah1,5 × 10-2
N.
Contoh Soal 3
Sebuah
segitiga ABC siku-siku di A mempunyai panjang AB = 30 cm, dan panjang AC = 60
cm. Apabila pada masing-masing titik sudut segitiga berturut-turut terdapat
muatan listrik sebesar qA = 20 μC,
qB = 30 μC,
dan qC = 160 μC, tentukan besarnya gaya
Coulomb pada titik sudut A!
Soal Latihan
:
- Dua buah muatan listrik masing-masing besarnya 3 × 10-6 C dan 6 × 10-6 C terpisah pada jarak 3 cm. Tentukan besarnya gaya listrik yang bekerja pada masing-masing muatan tersebut!
- Dua buah muatan listrik masing-masing q1 = +8 μC dan q2 = -12 μC terpisah pada jarak 10 cm. Tentukan berapa besarnya gaya Coulomb yang dialami oleh muatanq3 = +4 C yang terletak pada jarak 4 cm dari q1 dan 6 cmdari q2!
- Dua muatan listrik q1 = +8 x 10-9 C dan q2 = + 16 x 10-9 C terpisah pada jarak 12 cm. Tentukan di mana muatan q3 harus diletakkan agar gaya Coulomb pada muatan q3 sama dengan nol!
- Sebuah segitiga sama sisi ABC mempunyai panjang sisi 6 cm. Apabila pada masing-masing titik sudut segitiga berturut-turut terdapat muatan listrik sebesar qA = +8 C, qB = -9 C, dan qC = +3 C, tentukan besarnya
Gaya Coulomb dalam Medium/Bahan
Apabila
medium muatan bukan ruang hampa udara maka besar gaya Coulomb antara muatan q1
dan q2
berkurang (Fbahan < Fudara).
Jika medium memiliki permisivitas ε = εr .ε0 (dahulu disebut tetapan
dielektrik k) maka gaya Coulomb dalam bahan dirumuskan oleh:
contoh soal 5
Dua buah
muatan masing-masing 20 C M dan 24 C
M terpisah pada jarak 12 cm. Hitung
besar gaya yang bekerja pada kedua muatan tersebut jika:
a. kedua muatan diletakkan di udara;
b. kedua muatan diletakkan dalam bahan yang
memiliki permisivitas relatif 3.
b. Apabila kedua muatan diletakkan dalam bahan
yang memiliki permisivitas relatif E = 3, gaya Coulomb dalam bahan dihitung
dengan persamaan
|| HOME || BENDA
BERMUATAN LISTRIK || HUKUM
COULOMB || MEDAN MAGNET || FLUKS
LISTRIK || POTENSIAL
LISTRIK || ENERGI
POTENSIAL LISTRIK || KAPASITOR |KAPASITAS
KAPASITOR || ENERGI
KAPASITOR || SUSUNAN
KAPASITOR ||
|