);

Contoh soal gaya listrik / hukum Coulomb + penyelesaiannya

Pada postingan ini kita membahas contoh soal gaya listrik / hukum Coulomb dan penyelesaiannya atau pembahasannya. Lalu apa itu hukum Coulomb ?. Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh seorang ahli fisika Perancis, Charles de Coulomb (1736 – 1806) disimpulkan bahwa “besarnya gaya tarik-menarik atau tolak-menolak antara dua benda bermuatan listrik (yang disebut gaya Coulomb / gaya listrik) berbanding lurus dengan muatan masing-masing benda dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua benda tersebut”. Secara matematis, rumus gaya listrik atau Hukum Coulomb sebagai berikut.

Gaya listrik / hukum Coulomb
Rumus gaya listrik atau hukum Coulomb

Gaya Coulomb atau gaya listrik termasuk besaran vektor. Apabila pada benda bermuatan dipengaruhi oleh benda bermuatan listrik lebih dari satu, maka besarnya gaya Coulomb yang bekerja pada benda itu sama dengan jumlah vektor dari masing-masing gaya Coulomb yang ditimbulkan oleh masing-masing benda bermuatan listrik tersebut.

Rumus gaya Coulomb / gaya listrik tiga buah muatan (+q1, +q2, +q3) segaris sebagai berikut.

Gaya listrik
Rumus gaya Coulomb tiga muatan segaris

Rumus gaya Coulomb tiga muatan bentuk segitiga sebagai berikut.

Gaya Listrik
Rumus gaya Coulomb tiga muatan bentuk segitiga

Ketika menerapkan rumus gaya listrik maka tanda muatan tidak perlu di masukkan. Jadi misalkan muatan q1 = – 2 C maka tanda min (-) tidak perlu dimasukkkan ke dalam rumus. Hal ini karena tanda minus hanya menunjukkan jenis muatannya negatif.

Contoh soal gaya listrik / gaya Coulomb

Contoh soal 1

Dua muatan titik yang sejenis dan sama besar qA = qB = 10-2 µC pada jarak 10 cm satu sama lain. k = 9 x 109 Nm2/C2. Gaya tolak yang dialami kedua muatan itu adalah ….
A. 9 . 10-14 N
B. 9 . 10-9 N
C. 9 . 10-5 N
D. 9 . 103 N
E. 9 . 107 N

Penyelesaian soal / pembahasan

Pada soal ini diketahui:

  • qA = qB = 10-2 µC = 10-8 C
  • r = 10 cm = 0,1 m

Dengan menggunakan hukum Coulomb diperoleh hasil sebagai berikut.

→ F = k
qA . qB
r2

→ F = 9 x 109 Nm2/C2
10-8 C . 10-8 C
(0,1 m)2

→ F = 9 x 10-5 N

Soal ini jawabannya C


Contoh soal 2

Perhatikan gambar muatan listrik berikut.

Gaya listrik
Contoh soal gaya listrik nomor 2

Gaya listrik yang dialami q dari titik A adalah 12 N. Jika muatan q digeser mendekati titik A sejauh 5 mm, maka gaya listrik yang dialami muatan q adalah …
A. 54 N
B. 48 N
C. 27 N
D. 9 N
E. 3 N

Pembahasan / penyelesaian soal

Kita konversi dahulu satuan 4 µC = 4 . 10-6 C dan 10 mm = 0,01 m. Selanjutnya kita tentukan muatan qB dengan cara dibawah ini.

→ FA = k
qA . qB
r2

→ FA = 9 x 109 Nm2/C2
4 x 10-6 C . qB
(0,01 m)2

→ 12 N = 36 x 103 . qB . 104 N/C
→ 12 N = 36 . 107 N/C . qB
→ qB =
12 N
36 . 107 N/C
= 1/3 . 10-7 C.

Maka besar gaya listrik ketika muatan B mendekati muatan A sebesar 5 mm = 0,005 m adalah:

→ FB = k
qA . qB
r2

→ FB = 9 x 109 Nm2/C2
4 x 10-6 C . 1/3 . 10-7 C
(0,005 m)2

→ FB = 0,48 . 102 N = 48 N.

Jadi besar gaya pada muatan B adalah 48 N. Jadi soal ini jawabannya B.


Contoh soal 3

Tiga muatan listrik diletakkan terpisah seperti gambar dibawah ini.

Contoh soal gaya listrik
Contoh soal gaya listrik nomor 3

Resultan gaya yang bekerja pada +q adalah F1. Jika muatan -2q digeser menjauhi +q sejauh a, maka resultan gaya yang bekerja pada muatan +q menjadi F2. Nilai perbandingan F1 dengan F2 adalah…
A. 2 : 5
B. 5 : 2
C. 5 : 8
D. 8 : 1
E. 8 : 5

Pembahasan / penyelesaian soal

Untuk menjawab soal ini, kita gambarkan dahulu arah gaya listrik pada muatan +q. Cara menggambar arah gaya listrik menggunakan sifat muatan yaitu jika sejenis tolak menolak dan jika berbeda jenis tarik menarik:

Gambar arah gaya listrik
Gambar arah gaya listrik pada muatan +q

Jadi arah gaya listrik pada +q keduanya ke kanan sehingga tanda gaya positif. F21 menunjukkan arah gaya +q akibat +2q dan F23 menyatakan arah gaya +q akibat – 2q.

Selanjutnya kita menentukan gaya listrik F1 dan F2:

→ F1 = k
2 . q . q
a2
+ k
2 . q . 2q
a2

→ F1 = 4
k . q2
a2

→ F2 = k
2 . q . q
a2
+ k
2 . q . 2q
(2a)2

→ F2 = 5/2
k . q2
a2

→ F1 : F2 = 4 : 5/2

Jadi perbandingan F1 : F2 adalah 4 : 5/2 atau 8 : 5. Jadi soal ini jawabannya B.


Contoh soal 4 (UN 2016 SMA)

Tiga buah muatan titik membentuk bangun segitiga sama sisi seperti gambar dibawah ini.

Contoh soal gaya listrik nomor 4

Jika panjang satu sisinya 3 cm maka resultan gaya listrik yang dialami dititik A sebesar….

A. 100 N

B. 300 N

C. 100 7   N

D. 300 7   N

E. 400 7   N

Pembahasan / penyelesaian soal

Untuk menjawab soal ini kita konversi terlebih dahulu besaran yang diketahui yaitu 3 cm = 0,03 m, QA = 2 µC = 2 . 10-6 C, QB = 5 µC = 5 x 10-6 dan QC = 15 µC = 15 x 10-6 C. Selanjutnya kita gambarkan arah gaya listrik di titik A. Pada titik A ada dua gaya listrik yaitu akibat muatan B dan gaya akibat muatan C.

Gambar gaya listrik 3 muatan segitiga
Gambar arah gaya listrik dititik A

Menentukan besar FAB:

→ FAB = k
QA . QB
(0,03 m)2

→ FAB = 9 . 109 Nm2/C2
2 . 10-6 C . 5 . 10-6 C
0,0009 m2

→ FAB = 100 N

Menentukan besar FAC:dengan menggunakan rumus seperti FAB tetapi QAB diganti dengan QAC sehingga didapat:

→ FAC = 9 . 109 Nm2/C2
2 . 10-6 C . 15 . 10-6 C
0,0009 m2

→ FAC = 300 N

Selanjutnya kita menghitung resultan gaya F dengan menggunakan rumus dibawah ini.

→ F =
FAB2 + FAC2 + 2 . FAB . FAC . cos 120°

→ F =
(100 N)2 + (300 N)2 + 2 . 100 N . 300 N . -1/2

→ F =
10.000 N2 + 90.000 N2 – 30.000 N2

→ F =
70.000 N2
= 100  7   N

Jadi besar gaya pada QA sebesar 100  7   N. Jadi soal ini jawabannya C.


Contoh soal 5

Perhatikan gambar berikut.

Contoh soal gaya listrik
Contoh soal gaya listrik nomor 5

Ketiga muata listrik Q1, Q2, dan Q3 adalah segaris. Jika jarak d = 20 cm maka besar dan arah gaya Coulomb yang bekerja pada muatan Q2 adalah …
A. 15 N menuju Q3
B. 15 N menuju Q1
C. 10 N menuju Q1
D. 5 N menuju Q1
E. 5 N menuju Q3

Pembahasan / penyelesaian soal

Untuk menjawab soal ini, kita ubah terlebih dahulu satuan d = 20 cm = 0,2 m, Q1 = 30 µ C = 30 x 10-6 C, Q2 = -10 µC = -10 x 10-6 C dan Q3 = 40 µC = 40 x 10-6 C.

Selanjutnya kita gambar arah gaya pada muatan Q2 yaitu sebagai berikut:

Arah gaya listrik
Arah gaya listrik pada muatan Q2

F23 kekanan sehingga gaya listrik positif dan F21 kekiri sehingga gaya listrik negatif. Jadi resultan total gaya listrik muatan Q2:

→ F2 = F23 – F21
→ F2 = k
Q2 . Q3
(3d)2
– k
Q1 . Q2
(3d)2

→ F2 = k . Q2
Q3 – Q1
(3d)2

→ F2 = 9 . 109 Nm2/C2 . 10 . 10-6 C
40 . 10-6 C – 20 . 10-6 C
(3 . 0,2 m)2

→ F2 =
20
4
N = 5 N

Hasilnya positif 5 N sehingga arah gaya listrik ke kanan atau menuju Q3. Jadi soal ini jawabannya E.


Contoh soal 6

Muatan listrik +q1 = 10 µC, +q2 = 20 µC dan q3 terpisah seperti gambar dibawah ini.

Contoh soal gaya listrik nomor 5
Contoh soal gaya listrik nomor 5

Agar gaya Coulomb yang bekerja di muatan q2 = 0 maka muatan q3 adalah…
A. +2,5 µC
B. -2,5 µC
C. +25 µC
D. -25 µC
E. +4 µC

Penyelesaian soal / pembahasan

Gambar arah gaya listrik pada q2 sebagai berikut:

Arah gaya listrik
Arah gaya listrik pada muatan q2

Berdasarkan gambar diatas kita peroleh:

→ F21 – F23 = 0
→ F23 = F21
→ k
q2 . q3
r232
= k
q2 . q1
r212

q3
(0,5a)2
=
q1
a2

q3
0,25 a2
=
10 µC
a2

→ q3 = 10 µC . 0,25 = 2,5 µC

Karena arah gaya F23 menuju q1 maka besar muatan q3 = + 2,5 µC. Jadi soal ini jawabannya A.


Contoh soal 7

Tiga muatan listrik A, B, C terletak pada posisi seperti gambar dibawah ini.

Contoh soal gaya listrik 3 muatan segitiga
3 muatan berbentuk segitiga sama sisi

Resultan gaya listrik yang terjadi pada muatan A adalah…
A. 4 N
B. 12   N
C. 8   N
D. 2 N
E. 1 N

Pembahasan / penyelesaian soal

Kita gambarkan dahulu arah gaya listrik di titik A sebagai berikut:

Gambar arah gaya listrik 3 muatan segitiga
Arah resultan gaya listrik muatan QA

Karena QB = QC = 4 µC = 4 x 10-6 C maka besar FAB = FAC yaitu:

→ FAB = k
QA . QB
rAB2

→ FAB = 9 . 109 Nm2/C2
5. 10-6 C . 4 . 10-6 C
(0,3 m)2

→ FAB = FAC = 2 N

Jadi besar resultan gaya listrik muatan A:

→ FA =
(2 N)2 + (2 N)2 + 2 . 2 N . 2 N . cos 60°

→ FA =
4 N2 + 4 N2 + 4 N2

→ F =  12   N

Jadi soal ini jawabannya B.


Contoh soal 8

Tiga buah muatan listrik berada pada posisi dititik sudut segitiga ABC, panjang sisi AB = BC = 20 cm dan besar muatan sama (q = 2 µC) seperti gambar dibawah (k = 9 . 109 Nm2/C2).

Contoh soal gaya listrik nomor 8

Besar gaya listrik yang bekerja pada muatan B adalah …
A. 0,9 3   N
B. 0,9 2   N
C. 0,9 N
D. 0,81 N
E. 0,4 N

Penyelesaian soal / pembahasan

Pada soal ini diketahui:

  • qA = qB = qC = 2 µC = 2 x 10-6 C
  • rAB = rBC = 20 cm = 0,2 m

Cara menjawab soal ini sebagai berikut.

Gaya listrik
Pembahasan soal gaya listrik nomor 8

Soal ini jawabannya B.


Contoh soal 9

Tiga muatan QA = QB = 4 µC dan QC = 5 µC membentuk bidang segitiga seperti gambar.

Gaya listrik
Contoh soal gaya listrik nomor 9

Resultan gaya listrik dimuatan C adalah …
A. 20 2   N
B. 14 2   N
C. 10 2   N
D. 9 2   N
E. 9 N

Penyelesaian soal / pembahasan

Gaya listrik
Pembahasan soal gaya listrik nomor 9

Soal ini jawabannya D.


Contoh soal 10

Perhatikan gambar berikut ini.

Contoh soal gaya listrik nomor 10

Tiga muatan Q1, Q2 dan Q3 berada pada posisi diujung segitiga siku-siku ABC. Panjang AB = BC = 30 cm. Diketahui k = 9 x 109 Nm2/C2 dan 1 µC = 10-6 C, maka resultan gaya Coulomb pada muatan Q1 adalah …
A. 1 N
B. 5 N
C. 7 N
D. 10 N
E. 12 N

Penyelesaian soal / pembahasan

Gaya Coulomb
Pembahasan soal gaya Coulomb nomor 10

Soal ini jawabannya B.


Contoh soal 11

Dua buah muatan listrik diletakkan terpisah seperti gambar.

Gaya listrik
Contoh soal gaya listrik nomor 11

Muatan di A adalah 8 µC dan gaya tarik-menarik yang bekerja pada kedua muatan adalah 45 N. Jika muatan A digeser ke kanan sejauh 1 cm dan k = 9 . 109 Nm2/C2 maka gaya tarik-menarik pada kedua muatan sekarang adalah …
A. 45 N
B. 60 N
C. 80 N
D. 90 N
E. 120 N

Penyelesaian soal / pembahasan

Pembahasan soal gaya listrik nomor 11

Soal ini jawabannya C.


Contoh soal 12

Dua benda A dan B bermuatan, mula-mula ditempatkan pada jarak 0,5 m satu sama lain sehingga timbul gaya 81 N. Jika jarak A dan B diperbesar 1,5 m maka gaya tarik-menarik keduanya menjadi …
A. 3 N
B. 6N
C. 9 N
D. 12 N
E. 15 N

Penyelesaian soal / pembahasan

Gaya listrik
Pembahasan soal gaya listrik nomor 12

Soal ini jawabannya C.

You cannot copy content of this page