Soal dan pembahasan Listrik Statis 1

 Soal 1
Dua muatan titik terpisah sejauh r. Kurva berikut yang paling baik menunjukkan besar gaya listrik F pada muatan lainnya sebagai fungsi r adalah . . . .

Jawab:
Dua muatan yang terpisah pada jarak r akan mengalami gaya Coulomb yang besarnya diberikan oleh
F = kq₁q₂/r²¹
Artinya F ≈ 1/r² yang digambarkan sesuai dengan gambar A.

Soal 2
Gambar di samping menunjukkan garis-garis medan listrik di dekat dua benda bermuatan X dan Y. Data berikut yang paling tepat menunjukkan tanda dan besar relatif dari masing-masing muatan Q_X dan Q_Y pada benda benda X dan Y adalah . . . .

	QX	QY	Besarnya
A.	Negatif	Positif	QX = QY
B.	Negatif	Positif	QX < QY
C.	Positif	Negatif	QX = QY
D.	Positif	Negatif	QX > QY
E	Positif	Positif	QX > QY

Jawab: D
Garis-garis medan listrik selalu keluar atau meninggalkan muatan positif dan masuk atau menuju muatan negatif. Maka dari gambar kita ketahui bahwa Q_x bermuatan POSITIF dan Q_y bermuatan NEGATIF.

Banyaknya garis-garis gaya listrik menunjukkan besarnya muatan listrik atau medan listrik. Dari gambar kita ketahui garis yang paling banyak dihasilkan oleh muatan Q_X dibandingkan pada Q_y maka Q_X > Q_Y

Soal 3

Gambar di samping menunjukkan dua bola sepusat, X dengan jari-jari a dan muatan Q dan Y dengan jari-jari b dibumikan. Grafik hubungan kuat medan listrik E terhadap jarak r dari pusat bola yang tepat adalah . . . .

Jawab:
Karena konduktor kulit terluar ditanahkan (dibumikan) maka medan listrik pada daerah disekitar konduktor tersebut adalah nol (E = 0)

Perhatikan gambar konduktor di bawah ini!

Jadi grafik yang sesuai yang memperlihatkan hubungan antara E dan r adalah

Soal 4
Dua lembar plastik nonkonduktor yang sangat besar, masing-masing setebal 10,0 cm, membawa muatan seragam kepadatan σ₁ = –6.00 μC/m², σ₂ = + 5.00 μC/m², σ₃ = +2.00 μC/m², dan σ₄ = + 4.00 μC/m² pada permukaannya, seperti yang ditunjukkan pada gambar .

Medan listrik pada titik A yang berada 5,00 cm dari wajah kiri lembar kiri adalah . . . .
A. 2.82 ×10⁵ N/C ke kiri
B. 1.37 ×10⁵ N/C ke kiri
C. 3.11 ×10⁵ N/C ke kiri
D. 2.82 ×10⁵ N/C ke kanan
E. 3.11 ×10⁵ N/C ke kanan

Jawab: A
Medan listrik total di titik A adalah

|E_net,A| = –E₁ + E₂ + E₃ + E₄

|E_net,A| = –σ₁/2ε₀ + σ₂/2ε₀ + σ₃/2ε₀ + σ₄/2ε₀

|E_net,A| = (1/2ε₀)(–σ₁ + σ₂ + σ₃ + σ₄)

= (1/2ε₀)(6.00 μC/m² + 5.00 μC/m² + 2.00 μC/m² + 4.00 μC/m²)
|E_net,A| = 2.82 x 10⁵ N/m

E_net,A = –(2.82 x 10⁵ N/m)i

Soal 5
Perhatikan masalah empat bidang yang saling sejajar seperti ditunjukkan pada gambar di samping.

Kuat medan listrik dalam daerah |x| < a/2 adalah . . . .
A. –(σ/2ε₀)i
B. (σ/2ε₀)i
C. 0
D. (σ/2ε₀)i
E. (2σ/ε₀)i

Jawab: C

Pada daerah |x| < a/2 seperti ditunjukkan pada gambar, medan listriknya adalah

E(|x| < a/2) = E + (–E) = 0

Soal 6
Partikel A dan B masing-masing bermuatan +4 C dan +49 C. Jika titik C yang terletak di antara partikel A dan B memiliki medan listrik = 0, sedangkan jarak C dari partikel A = 2 cm, jarak A dan B adalah . . . . cm
A. 3
B. 4
C. 5
D. 7
E. 9

Jawab: C

Total medan listrik pada titik C adalah nol, maka

E_C = E_A + E_B
0 = E_A – E_B
E_A = E_B

kQ_A/(2 cm)² = kQ_B/(x)²
4 C/(2 cm)² = 9 C/x²
2/2 cm = 3/x

x = 3 cm
maka jarak antara A dan B adalah 2 cm + 3 cm = 5 cm.

Soal 7
Dua muatan listrik masing-masing besarnya +4 µC dan +9 µC. Sebuah titik pada garis hubung kedua muatan tersebut berjaral R dari +4 µC dan Z dari +9 µC. Jika kuat medan listrik di titik itu nol, Z/R adalah . . . .
A. 1/3
B. ½
C. 2/3
D. 3/2
E. 2

Jawab: D

Misalkan total medan listrik pada titik A adalah nol, maka

E_A = E₁ + E₂
0 = E₁ – E₂
E₁ = E₂
Kq₁/(R)² = kQ₂/(Z)²
4 µC/R² = 9 µC/Z²
2/R = 3/Z
maka
Z/R = 3/2

Soal 8
Dua muatan listrik berjarak R tarik menarik dengan gaya F. Besar jarak muatan jika diubah 1/3 kali semula denga F tetap adalah . . . .
A. R/9
B. R/3
C. R
D. 3R
E. 9R

Jawab: E
Dua muatan yang terpisah pada jarak r akan mengalami gaya Coulomb yang besarnya diberikan oleh
F = kq₁q₂/r²

Artinya F ≈ 1/r²

Maka
F’/F = (r/r’)²
F’/F = (3r/r)²
F’ = 9F