Contoh soal hukum Coulomb gaya listrik

1. Dua muatan disusun seperti pada gambar di bawah ini. Muatan di A adalah +8 mikro Coulomb dan muatan di B adalah -5 mikro Coulomb. Besar gaya listrik yang bekerja pada kedua muatan adalah… (k = 9 x 10⁹ Nm²C⁻², 1 mikro Coulomb = 10⁻⁶ C)

Pembahasan
Diketahui :

Ditanya : Besar gaya listrik yang bekerja pada kedua muatan
Jawab :

Rumus hukum Coulomb :

Besar gaya listrik yang bekerja pada kedua muatan :

2. Muatan listrik P = +10 mikro Coulomb dan muatan listrik Q = +20 mikro Coulomb terpisah seperti pada gambar. Besar gaya Coulomb yang bekerja pada kedua muatan adalah…

Pembahasan
Diketahui :

Ditanya : Besar gaya Coulomb yang bekerja pada kedua muatan
Jawab :

Besar gaya Coulomb atau gaya listrik yang bekerja pada kedua muatan adalah 125 Newton.

3. Tiga muatan listrik diletakkan terpisah seperti gambar! Muatan A = -5 mikro Coulomb, muatan B = +10 mikro Coulomb dan muatan C = -12 mikro Coulomb. Besar dan arah gaya listrik pada muatan B adalah…

Pembahasan
Diketahui :

Ditanya : Besar dan arah gaya listrik pada muatan B
Jawab :
Gaya listrik pada muatan B adalah resultan gaya listrik antara muatan A dan B dengan gaya listrik antara muatan B dan C.
Gaya listrik antara muatan A dan B :

Muatan A negatif dan muatan B positif sehingga arah gaya Coulomb adalah mendekati muatan A dan menjauhi muatan B (ke kiri).
Gaya listrik antara muatan B dan C :

Muatan B positif dan muatan C negatif sehingga arah gaya Coulomb adalah mendekati muatan C dan menjauhi muatan B (ke kanan).
Resultan gaya listrik pada muatan B :
Arah F_AB ke kiri dan arah F_BC ke kanan.
F_B = F_AB – F_BC = 675 N – 125 N = 550 Newton.
Arah resultan gaya listrik pada muatan B (F_B) = arah gaya listrik F_AB, yakni menuju muatan C (ke kanan).

4. Muatan listrik +Q₁ = 10 mikro Coulomb, +Q₂ = 50 mikro Coulomb dan Q₃ terpisah seperti pada gambar. Agar gaya listrik yang bekerja di muatan Q₂ = nol maka muatan Q₃ adalah…

Pembahasan
Diketahui :
Muatan 1 (q₁) =  +10 μC = +10 x 10^-6 Coulomb
Muatan 2 (q₂) =  +50 μC = +50 x 10^-6 Coulomb
Jarak antara muatan 1 dan 2 (r₁₂) = 2 cm = 0,02 m = 2 x 10^-2 m
Jarak antara muatan 2 dan 3 (r₂₃) = 6 cm = 0,06 m = 6 x 10^-2 m
Resultan gaya listrik pada muatan 2 (F₂) = 0
Ditanya : muatan 3 (q₃)
Jawab :
Gaya listrik pada muatan 2 adalah resultan gaya listrik antara muatan 1 dan 2 dengan gaya listrik antara muatan 2 dan 3.
Gaya listrik antara muatan 1 dan 2 :

Muatan 1 positif dan muatan 2 positif sehingga arah F₁₂ adalah menuju muatan 3 (ke kanan).
Gaya listrik antara muatan 2 dan 3 :

Muatan 2 positif dan muatan 3 positif sehingga arah F₂₃ adalah menuju muatan 1 (ke kiri).
Resultan gaya listrik pada muatan 2 = 0 :
Arah F₁₂ ke kanan dan arah F₂₃ ke kiri.

5. Soal UN fisika SMA/MA 2014/2015 No.26

Pada gambar di samping gaya tolak menolak yang dialami kedua muatan 144 N, maka jarak kedua muatan adalah… (1 μC = 10^-6 C dan k = 9.10⁹ N.m².C^-2)

A. 4 cm

B. 5 cm

C. 8 cm

D. 10 cm

E. 12 cm

Pembahasan

Diketahui :

Gaya listrik (F₁₂) = 144 N

Muatan 1 (q₁) = 10 μC = 10 x 10^-6 C

Muatan 2 (q₂) = 4 μC = 4 x 10^-6 C

Konstanta Coulomb (k) = 9 x 10⁹ N.m².C^-2

C = Coulomb, N = Newton, m = meter

Ditanya : Jarak kedua muatan (r)

Jawab :

Rumus hukum Coulumb :

Keterangan : F = gaya listrik, k = konstanta Coulomb, q = muatan listrik, r = jarak kedua muatan listrik.

Jarak kedua muatan (r) = 5 x 10^-2 meter = 5 x 10^-2 x 10² centimeter = 5 centimeter.

Jawaban yang benar adalah B.

6. Soal UN fisika SMA/MA 2014/2015 No.26

Dua buah muatan listrik seperti pada gambar di bawah. Jika besar gaya Coulomb yang dialami kedua muatan sebesar 3,6 N, maka besar jarak kedua muatan adalah… (1 μC = 10^-6 C dan k = 9.10⁹ N.m².C^-2)

A. 30,0 cm

B. 27,0 cm

C. 9,0 cm

D. 3,0 cm

E. 0,3 cm

E. 12 cm

Pembahasan

Diketahui :

Gaya listrik (F₁₂) = 3,6 N

Muatan 1 (q₁) = 9 μC = 9 x 10^-6 C

Muatan 2 (q₂) = 4 μC = 4 x 10^-6 C

Konstanta Coulomb (k) = 9 x 10⁹ N.m².C^-2

C = Coulomb, N = Newton, m = meter

Ditanya : Jarak kedua muatan (r)

Jawab :

Rumus hukum Coulumb :

Keterangan : F = gaya listrik, k = konstanta Coulomb, q = muatan listrik, r = jarak kedua muatan listrik.

Jarak kedua muatan (r) = 0,3 meter = 0,3 x 100 centimeter = 30 centimeter.

Jawaban yang benar adalah A.

7. Soal UN fisika SMA/MA 2015/2016 No.31

Tiga muatan titik terletak pada titik-titik sudut segitiga, seperti pada gambar. Besar gaya Coulomb pada titik A adalah… (k = 9.10⁹ N.m².C^-2; 1 μ = 10^-6)

A. 10 N

B. 60 N

C. 90 N

D. 90√2 N

E. 100√2 N

Pembahasan

Diketahui :

Muatan A (q_A) = -2 μC = -2 x 10^-6 C

Muatan B (q_B) = 8 μC = 8 x 10^-6 C

Muatan C (q_C) = 4,5 μC = 4,5 x 10^-6 C

Konstanta Coulomb (k) = 9 x 10⁹ N.m².C^-2

Jarak antara muatan A dan B (r_AB) = 4 cm = 4 x 10^-2 meter

Jarak antara muatan A dan C (r_AC) = 3 cm = 3 x 10^-2 meter

C = Coulomb, N = Newton, m = meter

Ditanya : Gaya listrik pada titik A

Jawab :

Rumus hukum Coulumb :

Keterangan : F = gaya listrik, k = konstanta Coulomb, q = muatan listrik, r = jarak kedua muatan listrik.

Gaya listrik pada titik A :

F_AB dan F_AC membentuk sudut siku-siku sehingga resultan gaya dihitung menggunakan rumus Pythagoras.

Jawaban yang benar adalah D.

8. Soal UN SMA/MA 2017 No.34

Dua benda bermuatan listrik Q₁ dan Q₂ berjarak r cm menimbulkan gaya tolak menolak sebesar 10 N. Kemudian muatan Q₁ digeser sehingga gaya yang timbul menjadi 40 N. Konstanta k = 9 x 10⁹ N.m².C^-2, maka muatan Q₁ harus dipindahkan sebesar…

A. 1/2 r menjauhi Q₂

B. 1/2 r mendekati Q₂

C. 1 r menjauhi Q₂

D. 2 r mendekati Q₂

E. 2 r menjauhi Q₂

Pembahasan

Diketahui :

Jarak Q₁ dan Q₂ = r cm

Gaya tolak menolak (F) = 10 N

Jika muatan Q₁ digeser, gaya tolak menolak (F) = 40 N

Konstanta (k) = 9 x 10⁹ N.m².C^-2

Ditanya : muatan Q₁ harus dipindahkan sebesar…

Jawab :

Rumus gaya listrik :

F = k Q₁ Q₂ / r²

Jarak (r) berbanding terbalik dengan gaya (F). Artinya jika gaya semakin besar maka jarak antara muatan semakin kecil. Jadi muatan Q₁ harus digeser mendekati muatan Q₂.

Jawaban yang benar adalah B.