Soal Dan Pembahasan Listrik Statis Fisika Kelas Xii

LISTRIK STATIS

Hukum Coulomb

Menurut aturan coulomb, bila ada dua muatan atau lebih, maka muncul gaya elektrostatik yang besarnya sepadan dengan kedua muatan dan berbanding terbalik dengan kuadran jarak kedua muatan tersebut.

Secara matematis persamaan gaya coulomb :

 

Contoh soal :

1. Jika AB=BC= 3 cm dan q = 2 x 10^-7 C, maka tentukan gaya yang melakukan pekerjaan pada muatan di titik B.

Penyelesaian :

Gaya pada B akhir tiap-tiap muatan:

F_BC   =     k    q₁ q₂ 

                                  r² 

                                                   

        =     (9x10⁹) .  (2x10^-7) (2x10^-7)  =    0,4 N

        (3x10^-2)                      

F_BA = F_BC =  0,4 N

Resultan gaya di titk B sebesar :

F_B = √F_BA² + F_BC² + 2 F_BA F_BC cos θ

  
 

    = √ (0,4)² + (0,4)² + 2 (0,4). (0,4).Cos 90

     =  √0,32 = 0,4√2 N

2. Dua buah muatan ketika jaraknya 10 cm mempunyai gaya interaksi 20 N. Jika jaraknya di perbesar menjadi 20 cm, maka besar gaya interaksi yang terjadi merupakan ...

Penyelesaian :

Diketahui : r₁ = 10 cm

                   F₁ = 20 N

                   r₂ = 20 cm

Ditanya : F₂ ...?

Jawab :

Gaya elektrostatis dirumuskan dengan

F berbanding terbalik dengan r² sehingga :

F₁  =    ( r₁)²

F₂         (r₂)²

 F₂  =     10²

 20        20²

F2  =   100 x 20   =   5  N

                400

3. dua buah muatan listrik 12μC dan 3 μC berada dalam minyak pada jarak 6 cm satu sama lain. Bila tetapan dielektrikum minyak 2,5. Gaya tolak menolak antara kedua muatan merupakan ...

Penyelesaian :

Diketahui : q₁ = 12 x 10 ^-6 C

                   q₂ =  3 x 10 ^-6 C

         r =  6  x 10 ^-2 m

        ε_r = 2,5

Ditanya :

Gaya elektrostatis antara kedua muatan F = ...

Jawab :

F =        q₁ q₂          è  k =        1          =    9  x 10 ⁹

         4π ε_r ε₀ r²                   4π ε_r

F =     (9  x 10 ⁹ ) . (12 x 10 ^-6 ). (3 x 10 ^-6 )

        2,5 x  (6  x 10 ^-2)²

                        

  

F = 36 N

Kaprikornus gaya tolak antara kedua muatan merupakan sebesar 36 N

4. Dari gambar di bawah ini !

Besarnya gaya pada  - 10 μC merupakan ... N

Penyelesaian :

F =   F₂ – F₁ =

F =  9  x 10 ⁹  (5 x 10 ^-5)( 10 ^-5) _  (4 x 10 ^-5)( 10 ^-5)

                                (5 x 10 ^-5)                  (5 x 10 ^-5)

F = 10 N

5. Duah buah muatan listrik masing-masing Q_A =  4 μC dan Q_B =  9 μC berada di udara pada jarak 20 cm, dimanakah letak suatu muatan sehingga resultan gaya yang melakukan pekerjaan padanya sama dengan nol ...

Penyelesaian :

Diketahui  :

q_A =  4 x 10 ^-6 C

 q_B =  9 x 10 ^-6 C

Ditanya :

Letak suatu muatan misal muatan C mudah-mudahan resultan pada muatan = nol

Jawab :

Supaya muatan elektrostatis yang melakukan pekerjaan pada muatan C sama dengan nol maka :

 F_CA = F_CB

k  q_A q_B   =  k  q_B q_C

       r²                r²

4 x 10 ^-6 =  9 x 10 ^-6

    x²           (20 – x) ²

x              =   8 cm

jadi, letak muatan C kepada muatan A merupakan 8 cm di kiri A