Soal Hukum Coulomb dan penyelesaiannya
Soal 1
Berapa gaya listrik yang bekerja pada elektron oleh proton (inti atom hidrogen) bila elektron mengelilingi proton pada jarak rata-rata 0,53 x 10-10 m (jejari Bohr) dengan k = 9 x 109 Nm2/C2 dan e = 1,6 x 10-19 C.
Jawab;
Muatan proton q1 = +1,6 x 10-19 C, muatan eletron q2 = - 1,6 x 10-19 C, jarak proton elektron r = 0,53 x 10-10 m. Besar gaya listrik pada elektron oleh proton adalah . . . .
F = kq1q2/r2
= 9 x 109 Nm2/C-2 (1,6 x 10-19 C)(1,6 x 10-19 C)/(0,53 x 10-10 m)2
= 8,2 x 10-8 N
Soal 2
Misalkan dua buah muatan listrik terpisah sejauh 10 cm mengalami gaya rarik-menarik 12 N. Berapakah gaya tarik menarik antara keduanya jika terpisah sejauh 5 cm?
Jawab;
Jarak pisah r1 = 10 cm, F1 = 12 N, r2 = 5 cm, gaya F2?
Dari persamaan gaya Coulomb F ~ 1/r2 sehingga
F1/F2 = (r1/r2)2
F2 = (r1/r2)2 F1
= (10 cm/5 cm)2 x 12 N = 48 N
Soal 3
Dua muatan +5 x 10-5C dan +9,8 x 10-5C terpisah pada jarak 7 cm. Tentukan (a) gaya Coulombnya jika kedua muatan berada di udara, (b) gaya Coulombnay ketika kedua muatan berada dalam suatu bahan yang permeativitasnya ε = 1,77 x 10-5 C2/Nm2, (c) permitivitas relatif bahan ada soal bagian (b).
Jawab;
Masing-masing muatan q1 = +5 x 10-5C dan q2 = +9,8 x 10-5C, r = 7 cm = 7 x 10-2 m.
(a) gaya Coulomb jika kedua muatan berada di udara adalah
F = kq1q2/r2
= 9 x 109 Nm2/C-2 (+5 x 10-5C)( +9,8 x 10-5C)/(7 x 10-2 m)2
= 9 kN
(b) Besar gaya Coulomb jika kedua muata berada dalam suatu bahan
F = (1/4πε)(q1q2/r2)
= [1/4π(1,77 x 10-5 C2/Nm2)](+5 x 10-5C)( +9,8 x 10-5C)/(7 x 10-2 m)2
= 4,5 kN
(c) Permeativitas relatif dihitung dengan ε = εrε0
εr = ε/ε0 = (1,77 x 10-5 C2/Nm2)(8,85 x 10-12 C2/Nm2) = 2,00
Soal 4
Dua buah muatan masing-masing –4μC dan 10μC terpisah pada jarak 12 cm. Di antara kedua muatan tersebut diletakkan muatan ketiga pada jarak 3 cm dari muatan +10μC. (a) Tentukan besar dan arah gaya pada muatan ketiga yang besarnya +5 μC?, (b) Tentukan besar dan arah gaya pada muatan ketika yang besarnya –5μC?
Jawab;
(a) Posisi ketiga muatan digambarkan sebagai berikut
Masing-masing muatan, q1 = 4,0 x 10-6 C, q2 = 10 x 10-6C, q3 = 5 x 10-6C dan r13 = 9 x 10-2 m dan r32 = 3 x 10-2 m.
Tetapan vektor gaya berarah mendatar ke kanan bertanda positif. Gaya listrik yang dialami q3 karena tarikan q1, yaitu F31 berarah ke kiri, sehingga bertanda negatif.
F31 = – kq3q1/r312
= – 9 x 109 Nm2/C-2 (+4 x 10-5C)( +5 x 10-5C)/(9x 10-2 m)2
= – 200/9 N
Gaya listrik yang dialami q3 karena tolakan q2, yaitu F32 berarah ke kiri, sehingga bertanda negatif.
F32 = – kq3q2/r322
= – 9 x 109 Nm2/C-2 (+5 x 10-5C)( +10 x 10-5C)/(3 x 10-2 m)2
= – 4500/9 N
Jadi, resultan gaya yang dialami q3, yaitu F3 adalah
F3 = F31 + F32
= – 200/9 N + (– 4500/9 N)
= – 522 N
Tanda negatif menyatakan F3 berarah ke kiri.
Berapa gaya listrik yang bekerja pada elektron oleh proton (inti atom hidrogen) bila elektron mengelilingi proton pada jarak rata-rata 0,53 x 10-10 m (jejari Bohr) dengan k = 9 x 109 Nm2/C2 dan e = 1,6 x 10-19 C.
Jawab;
Muatan proton q1 = +1,6 x 10-19 C, muatan eletron q2 = - 1,6 x 10-19 C, jarak proton elektron r = 0,53 x 10-10 m. Besar gaya listrik pada elektron oleh proton adalah . . . .
F = kq1q2/r2
= 9 x 109 Nm2/C-2 (1,6 x 10-19 C)(1,6 x 10-19 C)/(0,53 x 10-10 m)2
= 8,2 x 10-8 N
Soal 2
Misalkan dua buah muatan listrik terpisah sejauh 10 cm mengalami gaya rarik-menarik 12 N. Berapakah gaya tarik menarik antara keduanya jika terpisah sejauh 5 cm?
Jawab;
Jarak pisah r1 = 10 cm, F1 = 12 N, r2 = 5 cm, gaya F2?
Dari persamaan gaya Coulomb F ~ 1/r2 sehingga
F1/F2 = (r1/r2)2
F2 = (r1/r2)2 F1
= (10 cm/5 cm)2 x 12 N = 48 N
Soal 3
Dua muatan +5 x 10-5C dan +9,8 x 10-5C terpisah pada jarak 7 cm. Tentukan (a) gaya Coulombnya jika kedua muatan berada di udara, (b) gaya Coulombnay ketika kedua muatan berada dalam suatu bahan yang permeativitasnya ε = 1,77 x 10-5 C2/Nm2, (c) permitivitas relatif bahan ada soal bagian (b).
Jawab;
Masing-masing muatan q1 = +5 x 10-5C dan q2 = +9,8 x 10-5C, r = 7 cm = 7 x 10-2 m.
(a) gaya Coulomb jika kedua muatan berada di udara adalah
F = kq1q2/r2
= 9 x 109 Nm2/C-2 (+5 x 10-5C)( +9,8 x 10-5C)/(7 x 10-2 m)2
= 9 kN
(b) Besar gaya Coulomb jika kedua muata berada dalam suatu bahan
F = (1/4πε)(q1q2/r2)
= [1/4π(1,77 x 10-5 C2/Nm2)](+5 x 10-5C)( +9,8 x 10-5C)/(7 x 10-2 m)2
= 4,5 kN
(c) Permeativitas relatif dihitung dengan ε = εrε0
εr = ε/ε0 = (1,77 x 10-5 C2/Nm2)(8,85 x 10-12 C2/Nm2) = 2,00
Soal 4
Dua buah muatan masing-masing –4μC dan 10μC terpisah pada jarak 12 cm. Di antara kedua muatan tersebut diletakkan muatan ketiga pada jarak 3 cm dari muatan +10μC. (a) Tentukan besar dan arah gaya pada muatan ketiga yang besarnya +5 μC?, (b) Tentukan besar dan arah gaya pada muatan ketika yang besarnya –5μC?
(a) Posisi ketiga muatan digambarkan sebagai berikut
Masing-masing muatan, q1 = 4,0 x 10-6 C, q2 = 10 x 10-6C, q3 = 5 x 10-6C dan r13 = 9 x 10-2 m dan r32 = 3 x 10-2 m.
Tetapan vektor gaya berarah mendatar ke kanan bertanda positif. Gaya listrik yang dialami q3 karena tarikan q1, yaitu F31 berarah ke kiri, sehingga bertanda negatif.
F31 = – kq3q1/r312
= – 9 x 109 Nm2/C-2 (+4 x 10-5C)( +5 x 10-5C)/(9x 10-2 m)2
= – 200/9 N
Gaya listrik yang dialami q3 karena tolakan q2, yaitu F32 berarah ke kiri, sehingga bertanda negatif.
F32 = – kq3q2/r322
= – 9 x 109 Nm2/C-2 (+5 x 10-5C)( +10 x 10-5C)/(3 x 10-2 m)2
= – 4500/9 N
Jadi, resultan gaya yang dialami q3, yaitu F3 adalah
F3 = F31 + F32
= – 200/9 N + (– 4500/9 N)
= – 522 N
Tanda negatif menyatakan F3 berarah ke kiri.
Post a Comment for "Soal Hukum Coulomb dan penyelesaiannya"
Sobat Fisika! Berikan Komentar di kolom komentar dengan bahasa yang sopan dan sesuai isi konten...Terimasih untuk kunjunganmu di blog ini, semoga bermanfaat!