Hukum Coulomb

Bagaiman konsep mengenai gaya listrik atau hukum coulomb? Pada kesempatan ini, kita akan mengulas secara singkat konsep dasar listrik statis. Hukum Coulomb yang sering dikenal sebagai Coulomb's Law atau gaya elektrostatik atau pun dalam bahasa lain sering disebut Electrostatic Force. Dalam konsep listrik statis Hukum Coulomb bukan satu-satunya konsep yang akan dipelajari. Potensial listrik, medan listrik, dan banyak lagi konsep lain yang merupakan bagian dari listrik statis. Tetapi pada kesempatan ini kita fokus pada kajian mengenai muatan benda dan rumus gaya untuk Hukum Coulomb yang tentunya sudah dipelajari di SMP kelas IX. Sesudah memahami konsep, kita akan mengakhirinya dengan mengkaji soal dan pembahasan mengenai permsalahan hukum Coulomb.

Muatan Benda

Jenis muatan benda dibedakan menjadi dua yaitu muatan positif dan muatan negatif. Kalau kita meninjau suatu benda yang terdiri dari atom-atom penyusun benda. Atom tersebut haruslah netral ketika jumlah muatan positif sama banyak dengan muatan negatif. Ketika atom-atom benda  netral, benda pun akan bermuatan netral. Disisi lain, ketika atom muatan benda mempunyai muatan negatif lebih banyak dari positif, benda pun akan bermuatan negatif. Sebaliknya kekurangan muatan negatif pada benda akan menjadikan benda bermuatan positif. Muatan paling kecil dari suatu benda disebut muatan elementer (e). Setiap benda mempunyai muatan yang merupakan kelipatan dari muatan elementer tersebut.

Keterangan Q menyatakan muatan benda dalam Coulomb (C), n menyatakan jumlah elektron, dan e menyatakan muatan elementer yaitu 1.6 x 10 pangkat -19.

Kaji-1: Sebuah benda memiliki muatan sebesar 8 mikro coulomb. Tentukan jumlah muatan elementer pada benda tersebut!

Jawab:
Besaran yang diketahui.


Jumlah elektron atau muatan elementer pada benda adalah

Latih-1: Sebuah benda memiliki muatan sebesar 16 mikro coulomb. Tentukan jumlah muatan elementer pada benda tersebut!

Kaji-2: Sebuah media massa melaporkan bahwa telah ditemukan sebuah benda yang bermuatan 9. 10 pangkat -19. Berikanlah sebuah penjelasan mengenai berita tersebut!

Jawab:
Seperti yang sudah dijelaskan di awal bahwa muatan benda adalah kelipatan bulat dari muatan elementer atau elektron. Sehingga dapat dipastikan bahwa benda tersebut tidak memiliki muatan seperti yang diberitakan.

Ingin contoh soal lagi: Baca Kaji Latih Hukum Coulomb

Latih-2: Berilah penjelasan mengenai apakah sebuah elektroskop dapat menentukan jenis suatu benda?

Gaya Coulomb (Electorstatic Force )

Ketika sebuah benda atau partikel bermuatan berinteraksi dengan partikel lain yang bermuatan, akan muncul interaksi yang disebut gaya Coulomb. Interkasi ini bisa saling tarik-menarik atau tolak-menolak. Untuk dua muatan sejenis akan tolak menolak dan berlawanan jenis akan tarik-menarik. Dalam persamaan matematik besar gaya ini dituliskan sebagai berikut.

F menunjukkan gaya (N), q menunjukkan muatan benda (C), r adalah jarak pisah kedua benda (m), dan k adalah konstanta gaya coulomb (9.10 pangkat 9). Jika satu benda mengalami resultan gaya akibat beberapa muatan. Resultan gaya yang dirasakan oleh satu benda adalah resultan gaya totalnya. Untuk dua buah gaya yan membentuk sudut satu sama lainnya, resultan gayanya akan dirumuskan sebagai berikut.

Sebagai keterangan sudut alpha adalah sudut apit antara kedua vektor gaya tersebut.

Kaji-1: Dua muatan yang terpisah pada jarak r merasakan masing-masing gaya coulomb sebesar F. Jika salah satu muatan digeser sehingga jarak keduanya menjadi 3r, tentukan besar gaya yang dirasakan oleh masing-masing muatan sekarang!

Jawab:
Besaran yang diketahui.


Gaya berbanding terbalik dengan kuadrat jarak pisah kedua benda. Besar gaya setelah setelah jarak pisahnya berubah adalah


 

Latih-1: Dua muatan yang terpisah pada jarak r merasakan masing-masing gaya coulomb sebesar F. Jika muatan salah satu benda menjadi dua kali semula dan jaraknya menjadi 2r, tentukan besar gaya yang dirasakan oleh masing-masing muatan sekarang!

Kaji-2: Tiga buah muatan yaitu A, B, dan C berada dalam satu garis lurus. Jika jarak AB adalah 4 cm dan BC adalah 3 cm dengan B berada diantara A dan C. Muatan masing-masing benda secara berurutan adalah +8 mC, -16mC,dan +9mC. Tentukalah resultan gaya yang dialami oleh mauatan B!

Jawab:
Besaran yang diketahui.


Perhatikanlah gambar gaya yang dirasakan oleh muatan B akibat keberadaan muatan A dan C.

Resultan gaya yang dialami benda B adalah:




Nilai di atas diperoleh dengan memasukan semua besaran yang diketahui.

Latih-2: Tiga buah muatan yaitu A, B, dan C berada dalam satu garis lurus. Jika jarak AB adalah 4 cm dan BC adalah 3 cm dengan B berada diantara A dan C. Muatan masing-masing benda secara berurutan adalah +8 mC, -16mC,dan +9mC. Tentukalah resultan gaya yang dialami oleh mauatan A!

Kaji-3: Besar gaya listrik antar dua muatan ketika dipisahkan oleh udara sama dengan 40N. Jika medium diantara keduanya diisi dnegan permitivitas relatif 8, Tentukanlah besar gaya yang dialami masing-masing muatan saat ini!

Jawab:
Besaran yang diketahui.


Besar kedua gaya dalam medium yang permitivitas listrik relatifnya 8 adalah


Ingin contoh soal lagi: Baca Kaji Latih Hukum Coulomb

Latih-3: Besar gaya listrik antar dua muatan ketika dipisahkan oleh udara sama dengan 36N. Jika medium diantara keduanya diisi dnegan permitivitas relatif 12, Tentukanlah besar gaya yang dialami masing-masing muatan saat ini!