Soal Hukum Coulomb dan penyelesaiannya 4
Soal 1
Dua bola kecil masing-masing bermuatan 135 μC dan –60 μC terpisah sejauh 10 cm. Di manakah muatan ketiga harus ditempatkan agar resultan gaya yang bekerja pada muatan tersebut nol?Masing-masing muatan, q1 = 13,5 x 10-5 C, q2 = 6,0 x 10-5C, dan r12 = 0,1 m. Jika muatan ketiga ditempatkan dalam ruang antara q1 dan q2, maka tidak akan menghasilkan resultan gaya sama dengan nol. Hal ini disebabkan gaya Coulomb dari q1 dan q2 selalu satu arah.
Jadi, muatan ketiga harus ditempatkan di luar ruang tersebut tetapi masih segaris, yaitu di dekat muatan yang paling kecil agar resultannya bisa nol. Oleh karena itu muatan ketiga q3 harus ditempatkan di dekat q2 ditunjukkan pada gambar di atas. Supaya resultan gaya yang bekerja pada q3 sama dengan nol, jelaslah besar F31 harus sama dengan F32. Misalnya r32 = x m, maka r31 = 0,1 + x .
F31 = F32
kq3q1/r312 = kq3q2/r322
q1/q2 = r312/r322
135 μC/60 μC = [(0,1 + X)/X]2
(0,1 + X)/X = 3/2
0,1 + X = 1,5x atau x = 0,2 m
Jadi, muatan ketiga harus ditempatkan 0,2 m dari muatan –60 μC atau 0,3 m dari muatan 135 μC.
Soal 2
Dua bola kecil seperti gambar berikut masing-masing memiliki massa 2,0 g dan memiliki satuan yang sama. Satu bola digantung dengan sebuah benar isolasi. Bola lainnya di bawah mendekati bola yang digantung sedemikian sehingga bola yang digantung naik dan diam ketika sudut yang dibentuk benang terhadap vertikal adalah 370 dan jarak antara kedua bola adalah 3,0 cm.
Hitung; (a) berat bola, (b) besar gaya listrik, (c) muatan listrik pada masing-masing bola. (g = 9,8 m/s2)
Pada bola yang digantung bekerja tiga buah gaya, yaitu gaya berat mg, gaya listrik Fq dan gaya tegangan tali T, seperti ditunjukkan pada gambar,
Massa bola m = 2,0 g = 0,002 kg, percepatan gravitasi, g = 9,8 m/s2, jarak antara kedua bola r = 3 cm = 0,03 m.
(a) berat bola w = mg = 0,002 kg x 9,8 m/s2 = 0,0196 N
(b) komponen gaya tegangan tali adalah
Tx = T sin 370 = 0,6T dan Ty = T cos 370 = 0,8T
Bola diam dan setimbang pada sumbu x, maka
Fq = Tx = 0,6T (1)
Pada sumbu y
Mg = Ty = 0,8T (2)
Persanaan (1) dan (2) dibagi kita peroleh
Fq/mg = 0,6T/0,8T
Fq = ¾ mg
= ¾ (0,0196 N)
Fq = 0,0147 N
(c) Misalkan muatan listrik pada masing-masing bola adalah q maka gaya listrik;
F = kqq/r2 = kq2/r2
q2 = Fqr2/k
q = r[Fq/k]1/2 = 0,03 m x [(0,0147 N/9 x 109 Nm2/C2)]1/2
q = 3,83 x 10-9 C = 3,83 nC
Soal 3
Dua bola kecil masing-masing 25 gr dan bermuatan listrik sama q. Kedua bola digantung pada tali sepanjang 50 cm sehingga menyimpang 600 seperti gambar. Tentukan muatan masing-masing bola jika g = 10 m/s2.
Gaya-gaya yang bekerja pada masing-masing muatan ditunjukkan pada gambar di bawah ini
Karena sistem setimbang maka,
T cos θ = mg (*)
Pada sumbu x: ∑Fx = 0 = Fq + (–T sin θ)
T sin θ = Fq = kq.q/x2 = kq2/r2 (**)
Persamaan (*) dan (**) memberikan,
tan θ = kq2/(mgr2)
dengan L = 50 cm = 0,5 m, θ = ½ 600 = 300, m = 25 gr = 25 x 10-3 kg, dan r = 0,5 m, maka
tan 300 = 9 x 109q2/[25.10-3.10.(0,5)2]
(1/√3)(62,5 x 10-3) = 9 x 109q2
q2 = 4,009 x 10-12
q = 2,0 x 10-6 C = 2,0 μC
Post a Comment for "Soal Hukum Coulomb dan penyelesaiannya 4"
Sobat Fisika! Berikan Komentar di kolom komentar dengan bahasa yang sopan dan sesuai isi konten...Terimasih untuk kunjunganmu di blog ini, semoga bermanfaat!