);

Contoh soal gaya listrik dan penyelesaiannya

Pada postingan ini kita membahas contoh soal gaya listrik dan penyelesaiannya atau pembahasannya. Gaya listrik disebut juga gaya Coulomb merupakan salah satu materi pelajaran fisika SMA kelas 12 IPA.

Gaya listrik diartikan sebagai gaya tarik-menarik atau tolak-menolak antara muatan listrik. Jika muatan listrik sejenis maka gaya listrik yang terjadi adalah tolak-menolak. Tetapi jika muatan berbeda jenis maka gaya listrik yang terjadi adalah tarik-menarik. Rumus gaya listrik sebagai berikut:

F = k
q1 . q2
r2

Satuan dari gaya listrik adalah Newton. Jadi sama seperti satuan gaya-gaya yang lainnya. k menyatakan tetapan Coulomb (k = 9 x 109 Nm2/C2). q1 dan q2 menunjukkan besar muatan dan r menyatakan jarak antar muatan.

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.

Untuk lebih jelasnya perhatikan contoh soal gaya listrik dan penyelesainnya dibawah ini.

Contoh soal gaya listrik

Contoh soal 1

Perhatikan gambar dua muatan A dan B dibawah ini.

Contoh soal gaya listrik nomor 1
Dua muatan terpisah sejauh 10 mm

Gaya listrik yang dialami muatan B dari muatan A adalah 12 N. Jika muatan B digeser mendekati muatan A sejauh 5 mm maka gaya listrik yang dialami muatan B adalah. (diketahui qA = 4 µC).

A. 54 N

B. 48 N

C. 27 N

D. 9 N

E. 3 N

Pembahasan / penyelesaian soal

Kita konversi dahulu satuan 4µ C = 4 . 10-6 C dan 10 mm = 0,01 m. Selanjutnya kita tentukan muatan B dengan cara:

→ 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 = 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 2

Tiga muatan listrik diletakkan terpisah seperti gambar dibawah ini.

Contoh soal gaya listrik nomor 2
3 muatan listrik sejajar dengan jarak a

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 3 (UN 2016 SMA)

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

3 muatan membentuk segitiga
3 muatan membentuk segitiga

Jika panjang satu sisinya 3 cm maka resultan gaya listrik yang dialami titik 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 4

Perhatikan gambar berikut.

Contoh soal gaya listrik nomor 4
Contoh soal gaya listrik nomor 4

Jika jarak d = 20 cm maka hitunglah besar dan arah gaya Coulomb yang bekerja pada Q2.
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 5

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

Pembahasan / penyelesaian soal

Gambar arah gaya listrik pada q2 sebagai berikut:

Arah gaya listrik
Arah gaya listrik pada muatan q2

Berdasarkan gambar diatas kita peroleh:

→ F23 = F3 – F21 = 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 q3 maka besar muatan q3 = – 2,5 µC. Jadi soal ini jawabannya B.


Contoh soal 6

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.

(Visited 1.456 times)

You cannot copy content of this page