Contoh soal Gaya Coulomb

9 Contoh soal Gaya Coulomb

1. Tiga buah muatan disusun seperti pada gambar di bawah ini. Gaya Coulomb yang dialami muatan B sebesar …. (k = 9 x 10⁹ Nm²C^-2, 1 μC = 10^-6 C)

A. ૬.૭૫ x ૧૦¹ N ke muatan C

બી. ૪.૫૦ x ૧૦¹ N ke muatan A

સી. ૪.૨૦ x ૧૦¹ N ke muatan C

ડી. ૩.૬૦ x ૧૦¹ N ke muatan A

ઇ. ૨.૨૫ x ૧૦¹ N ke muatan C

ચર્ચા

ડિકેતાહુઈ :

q_A = ૫ µC = ૫ x ૧૦^-6 સી = 10^-5 Coulomb

q_B = ૫ µC = ૫ x ૧૦^-6 = 10^-5 Coulomb

q_C = ૫ µC = ૫ x ૧૦^-6 = 2x10^-5 Coulomb

r_AB = 0,1 meter = 10^-1 મીટર

r_BC = 0,1 meter = 10^-1 મીટર

k = 9 x 10⁹ Nm²C^-2

પૂછ્યું : Gaya Coulomb yang dialami muatan B

જવાબ :

તેર્દપત દુઆ કુલોમ્બ બળ atau gaya listrik yang bekerja pada muatan B, yakni gaya Coulomb antara muatan A dan B (F_AB) serta gaya Coulomb antara muatan B dan C (F_BC). Gaya Coulomb yang dialami oleh muatan B merupakan resultan dari F_AB અને એફ_BC.

Gaya Coulomb antara muatan A dan B :

Muatan A bertanda positif dan muatan B bertanda positif sehingga F_AB menuju muatan C.

Gaya Coulomb antara muatan B dan C :

Muatan B bertanda positif dan muatan C bertanda positif sehingga F_BC menuju muatan A.

Gaya Coulomb yang dialami muatan B :

F_B = એફ_BC - એફ_AB = 180-90 = 90 N

Besar gaya Coulomb yang dialami oleh muatan B (F_B) adalah 90 Newton. Arah F_B sama dengan arah F_BC yakni menuju muatan A.

સાચો જવાબ B છે.

2. બીesar dan arah gaya Coulomb pada muatan B adalah… (k = 9 x 10⁹ Nm²C^-2, 1 μC = 10^-6 C)

A. 2,5 k Q² r^-2 ke kiri

B. 2,5 k Q² r^-2 ke kanan

C. 2 k Q² r^-2 ke kiri

D. 2 k Q² r^-2 ke kanan

E. 1 k Q² r^-2 ke kiri

ચર્ચા

ડિકેતાહુઈ :

ચાર્જ A (q_A) = +Q

ચાર્જ B (q_B) = -2Q

ચાર્જ C (q_C) = -Q

ચાર્જ A અને B વચ્ચેનું અંતર (r_AB) = આર

Jarak antara muatan B dan C (r_BC) = 2r

k = 9 x 10⁹ Nm²C^-2

પૂછ્યું : besar dan arah gaya Coulomb pada muatan B

જવાબ :

Gaya Coulomb antara muatan A dan muatan B :

Muatan A positif dan muatan B negatif sehingga arah F_AB menuju muatan A

Gaya Coulomb antara muatan B dan muatan C :

Muatan B negatif dan muatan C negatif sehingga arah F_BC menuju muatan A

Resultan gaya yang bekerja pada muatan B :

એફ = એફ_AB + એફ_BC = 2 k Q²/r² + 0,5 k Q²/r² = 2,5 k Q²/r² = 2,5 k Q² r^-2

Arah gaya Coulomb menuju muatan A atau ke kiri.

સાચો જવાબ A છે.

3. Dua buah muatan listrik diletakkan terpisah seperti gambar. Muatan di A adalah 8 µC dan gaya tarik menarik yang bekerja pada kedua muatan adalah 45 N. Jika muatan A digeser ke kanan sejauh 1 cm dan k = 9.10⁹ Nm².C^-2, maka gaya tarik menarik yang bekerja pada kedua muatan adalah…

A. 45 નં

બી. ૧.૪ નં.

સી. ૨.૦ એન

ડી. ૩.૬ ઉત્તર

પૂર્વ. ૪૫ ઉત્તર

ચર્ચા

ડિકેતાહુઈ :

Muatan listrik di A (q_A) = 8 µC = 8 x 10^-6 Coulomb

Gaya listrik antara kedua muatan (F) = 45 Newton

Jarak antara kedua muatan (r_AB) = 4 cm = 0,04 meter = 4 x 10^-2 મીટર

અચળ (k) = 9 x 10⁹ Nm².C^-2

પૂછ્યું : Gaya listrik antara kedua muatan jika muatan A digeser ke kanan sejauh 1 cm atau 0,01 meter

જવાબ :

Terlebih dahulu menghitung muatan listrik di B, setelah itu menghitung gaya listrik antara kedua muatan listrik, jika muatan listrik di A digeser ke kanan sejauh 1 cm.

Muatan listrik di B :

ફોર્મ્યુલા કુલોમ્બનો નિયમ :

F = k (q_A)(q_B) / આર²

F r² = k (q_A)(q_B)

q_B = F r² / k (q_A)

Muatan listrik di B :

q_B = (45)(4 x 10^-2)² / (9x10⁹)(૧ x ૧૦^-6)

q_B = (45)(16 x 10^-4) / ૨૦ x ૧૦³

q_B = (720 x 10^-4) / (72 x 10³)

q_B = 10x10^-7 Coulomb

Gaya listrik antar muatan listrik A dan B :

Jika muatan di A digeser ke kanan sejauh 1 cm maka jarak antara kedua muatan menjadi 3 cm = 0,03 meter = 3 x 10^-2 મીટર

F = k (q_A)(q_B) / આર²

F = (9 x 10⁹)(૧ x ૧૦^-6)(૧ x ૧૦^-7) / (3 x 10^-2)²

F = (9 x 10⁹)(૧ x ૧૦^-13) / (9 x 10^-4)

F = (1 x 10⁹)(૧ x ૧૦^-13) / (1 x 10^-4)

F = (80 x 10^-4) / (1 x 10^-4)

F = 80 ન્યૂટન

સાચો જવાબ C છે.

4. Dua muatan listrik P dan Q yang terpisah 10 cm mengalami gaya tarik menarik 8 N. Jika muatan Q digeser 5 cm menuju muatan P (1 µC = 10^-6 C dan k = 9 x 10⁹ Nm².C^-2), maka gaya listrik yang terjadi adalah…

A. 8 નં

બી. ૧.૪ નં.

સી. ૨.૦ એન

ડી. ૩.૬ ઉત્તર

પૂર્વ. ૪૫ ઉત્તર

ચર્ચા

ડિકેતાહુઈ :

Jarak antara muatan P dan Q (r_PQ) = ૧૨ સેમી = ૦.૧૨ મીટર = ૧૨ x ૧૦^-1 m

Gaya listrik antara muatan P dan Q (F) = 8 N

Muatan listrik Q (q_Q) = 40 µC = 40 x 10^-6 C

અચળ (k) = 9 x 10⁹ Nm².C^-2

પૂછ્યું : Gaya listrik antara muatan P dan Q jika muatan Q digeser 5 cm menuju muatan P

જવાબ :

Terlebih dahulu menghitung muatan listrik P, setelah itu menghitung gaya listrik antara kedua muatan listrik, jika muatan listrik Q digeser 5 cm menuju muatan P.

Muatan listrik P :

q_P = F r² / k (q_Q)

q_P = (8)(1 x 10^-1)² / (9x10⁹)(૧ x ૧૦^-6)

q_P = (8)(1 x 10^-2) / ૨૦ x ૧૦³

q_P = (8 x 10^-2) / (36 x 10⁴)

q_P = (1 x 10^-2) / (4,5 x 10⁴)

q_P = (1/4,5) x 10^-6 Coulomb

Gaya listrik antar muatan listrik P dan Q :

Jika muatan di Q digeser ke kiri 5 cm maka jarak antara kedua muatan menjadi 5 cm = 0,05 meter = 5 x 10^-2 મીટર

F = k (q_P)(q_Q) / આર²

F = (9 x 10⁹)( (1/4,5) x 10^-6)(૧ x ૧૦^-6) / (5 x 10^-2)²

F = (2 x 10³)(૧ x ૧૦^-6) / (25 x 10^-4)

F = (80 x 10^-3) / (25 x 10^-4)

એફ = 3,2 x 10¹

F = 32 ન્યૂટન

સાચો જવાબ C છે.

5. Perhatikan gambar muatan listrik berikut. Gaya listrik yang dialami muatan q_B adalah 8 N (1 µC = 10^-6 C) dan (k = 9.10⁹ Nm².C^-2). Jika muatan q_B digeser menjadi 4 cm dari A, maka gaya listrik yang dialami q_B sekarang adalah…

A. 2 નં

બી. ૧.૪ નં.

સી. ૨.૦ એન

ડી. ૩.૬ ઉત્તર

પૂર્વ. ૪૫ ઉત્તર

ચર્ચા

ડિકેતાહુઈ :

ચાર્જ A અને B વચ્ચેનું અંતર (r_AB) = ૧૨ સેમી = ૦.૧૨ મીટર = ૧૨ x ૧૦^-2 m

Gaya listrik antara muatan A dan B (F) = 8 N

Muatan listrik A (q_A) = 2 µC = 2 x 10^-6 C

અચળ (k) = 9 x 10⁹ Nm².C^-2

પૂછ્યું : Gaya listrik antara muatan A dan B jika jarak antara kedua muatan menjadi 4 cm

જવાબ :

Terlebih dahulu menghitung muatan listrik B, setelah itu menghitung gaya listrik antara kedua muatan listrik jika jarak kedua muatan listrik menjadi 4 cm = 0,04 meter = 4 x 10^-2 મીટર

Muatan listrik B :

q_B = F r² / k (q_A)

q_B = (8)(2 x 10^-2)² / (9x10⁹)(૧ x ૧૦^-6)

q_B = (8)(4 x 10^-4) / (18 x 10³)

q_B = (32 x 10^-4) / (18 x 10³)

q_B = (32/18) x 10^-7

q_B = (16/9) x 10^-7 Coulomb

A અને B ચાર્જ વચ્ચેનું વિદ્યુત બળ :

F = k (q_A)(q_B) / આર²

F = (9 x 10⁹)(૧ x ૧૦^-6)( (16/9) x 10^-7) / (4 x 10^-2)²

F = (18 x 10³)( (16/9) x 10^-7) / (16 x 10^-4)

F = (2 x 10³)(૧ x ૧૦^-7) / (16 x 10^-4)

F = (2 x 10³)(૧ x ૧૦^-7) / (1 x 10^-4)

F = (2 x 10^-4) / (1 x 10^-4)

F = 2 ન્યૂટન

સાચો જવાબ A છે.

6. Tiga buah muatan listrik berada pada posisi di titik sudut segitiga ABC panjang sisi AB = BC = 20 cm dan besar muatan sama (q = 2µC) seperti pada gambar di samping (k = 9.10⁹ Nm².C^-2, 1 µ = 10^-6). Besar gaya listrik yang bekerja pada titik B adalah….

A. 0,9√3 N

B. 0,9√2 N

સી. ૨.૦ એન

ડી. ૩.૬ ઉત્તર

પૂર્વ. ૪૫ ઉત્તર

ચર્ચા

તે જાણીતું છે કે:

Muatan pada titik A (q_A) = 2 µC = 2 x 10^-6 Coulomb

Muatan pada titik B (q_B) = 2 µC = 2 x 10^-6 Coulomb

Muatan pada titik C (q_C) = 2 µC = 2 x 10^-6 Coulomb

Jarak B ke C (r_BC) = 20 cm = 0,2 meter = 2 x 10^-1 મીટર

Jarak B ke A (r_BA) = 20 cm = 0,2 meter = 2 x 10^-1 મીટર

કે = 9.10⁹ Nm².C^-2

પૂછ્યું: Besar gaya listrik yang bekerja pada titik B

જવાબ :

Gaya listrik antara muatan pada titik B dan C :

F_BC = k (q_B)(q_C) / આર_BC²

F_BC = (9 x 10⁹)(૧ x ૧૦^-6)(૧ x ૧૦^-6) / (2 x 10^-1)²

F_BC = (9 x 10⁹)(૧ x ૧૦^-12) / (4 x 10^-2)

F_BC = (36 x 10^-3) / (4 x 10^-2)

F_BC = 9x10^-1

F_BC = ૧૦ ન્યૂટન

Muatan listrik pada titik B dan C positif karenanya arah gaya listrik F_BC ke kiri, menjauhi titik C.

Gaya listrik antara muatan pada titik B dan A :

F_BA = k (q_B)(q_A) / આર_BA²

F_BA = (9 x 10⁹)(૧ x ૧૦^-6)(૧ x ૧૦^-6) / (2 x 10^-1)²

F_BA = (9 x 10⁹)(૧ x ૧૦^-12) / (4 x 10^-2)

F_BA = (36 x 10^-3) / (4 x 10^-2)

F_BA = 9x10^-1

F_BA = ૧૦ ન્યૂટન

Muatan listrik pada titik B dan A positif karenanya arah gaya listrik F_BA ke bawah, menjauhi titik A.

Kedua gaya listrik membentuk sudut siku-siku karenanya resultan gaya listrik yang bekerja pada titik B dihitung menggunakan rumus Pythagoras.

સાચો જવાબ B છે.

7. નીચેનું ચિત્ર જુઓ!

Tiga muatan Q₁, ક્યૂ₂, dan Q₃ berada pada posisi di ujung segitiga siku-siku ABC. Panjang AB = BC = 30 cm. Diketahui k = 9.10⁹ Nm².C^-2 dan 1 µ = 10^-6 maka resultan gaya Coulomb pada muatan Q₁ adalah….

A. 1 નં

બી. ૧.૪ નં.

સી. ૨.૦ એન

ડી. ૩.૬ ઉત્તર

પૂર્વ. ૪૫ ઉત્તર

ચર્ચા

તે જાણીતું છે કે:

Muatan pada titik A (q_A) = 3 µC = 3 x 10^-6 Coulomb

Muatan pada titik B (q_B) = -10 µC = -10 x 10^-6 Coulomb

Muatan pada titik C (q_C) = 4 µC = 4 x 10^-6 Coulomb

Jarak B ke C (r_BC) = 30 cm = 0,3 meter = 3 x 10^-1 મીટર

Jarak B ke A (r_BA) = 30 cm = 0,3 meter = 3 x 10^-1 મીટર

કે = 9.10⁹ Nm².C^-2

પૂછ્યું: Resultan gaya Coulomb pada titik B

જવાબ :

Gaya listrik antara muatan pada titik B dan C :

F_BC = k (q_B)(q_C) / આર_BC²

F_BC = (9 x 10⁹)(૧ x ૧૦^-6)(૧ x ૧૦^-6) / (3 x 10^-1)²

F_BC = (9 x 10⁹)(૧ x ૧૦^-12) / (9 x 10^-2)

F_BC = (360 x 10^-3) / (9 x 10^-2)

F_BC = 40x10^-1

F_BC = ૧૦ ન્યૂટન

Muatan listrik pada titik B bertanda negatif dan muatan listrik pada titik C bertanda positif, karenanya arah gaya listrik F_BC ke kanan menuju titik C.

Gaya listrik antara muatan pada titik B dan A :

F_BA = k (q_B)(q_A) / આર_BA²

F_BA = (9 x 10⁹)(૧ x ૧૦^-6)(૧ x ૧૦^-6) / (3 x 10^-1)²

F_BA = (9 x 10⁹)(૧ x ૧૦^-12) / (9 x 10^-2)

F_BA = (270 x 10^-3) / (9 x 10^-2)

F_BA = 30x10^-1

F_BA = ૧૦ ન્યૂટન

Muatan listrik pada titik B bertanda negatif dan muatan listrik pada titik A bertanda positif, karenanya arah gaya listrik F_BA ke atas menuju titik A.

Kedua gaya listrik membentuk sudut siku-siku karenanya resultan gaya listrik yang bekerja pada titik B dihitung menggunakan rumus Pythagoras.

સાચો જવાબ B છે.

8. Tiga buah muatan listrik berada pada posisi di titik sudut segitiga ABC panjang sisi AB = BC = 20 cm dan besar muatan sama (q = 2µC) seperti pada gambar di samping (k = 9.10⁹ Nm².C^-2, 1 µ = 10^-6). Besar gaya listrik yang bekerja pada titik B adalah….

1. 0,9√3 N
2. 0,9√2 N
3. 0,9 N
4. 0,81 N
5. 0,4 N

ચર્ચા

તે જાણીતું છે કે:
Muatan pada titik A (q_A) = 2 µC = 2 x 10^-6 Coulomb
Muatan pada titik B (q_B) = 2 µC = 2 x 10^-6 Coulomb
Muatan pada titik C (q_C) = 2 µC = 2 x 10^-6 Coulomb
Jarak B ke C (r_BC) = 20 cm = 0,2 meter = 2 x 10^-1 મીટર
Jarak B ke A (r_BA) = 20 cm = 0,2 meter = 2 x 10^-1 મીટર
કે = 9.10⁹ Nm².C^-2
પૂછ્યું: Besar gaya listrik yang bekerja pada titik B
જવાબ :

Gaya listrik antara muatan pada titik B dan C :
F_BC = k (q_B)(q_C) / આર_BC²
F_BC = (9 x 10⁹)(૧ x ૧૦^-6)(૧ x ૧૦^-6) / (2 x 10^-1)²
F_BC = (9 x 10⁹)(૧ x ૧૦^-12) / (4 x 10^-2)
F_BC = (36 x 10^-3) / (4 x 10^-2)
F_BC = 9x10^-1
F_BC = ૧૦ ન્યૂટન
Muatan listrik pada titik B dan C positif karenanya arah gaya listrik F_BC ke kiri, menjauhi titik C.

Gaya listrik antara muatan pada titik B dan A :
F_BA = k (q_B)(q_A) / આર_BA²
F_BA = (9 x 10⁹)(૧ x ૧૦^-6)(૧ x ૧૦^-6) / (2 x 10^-1)²
F_BA = (9 x 10⁹)(૧ x ૧૦^-12) / (4 x 10^-2)
F_BA = (36 x 10^-3) / (4 x 10^-2)
F_BA = 9x10^-1
F_BA = ૧૦ ન્યૂટન
Muatan listrik pada titik B dan A positif karenanya arah gaya listrik F_BA ke bawah, menjauhi titik A.

Kedua gaya listrik membentuk sudut siku-siku karenanya resultan gaya listrik yang bekerja pada titik B dihitung menggunakan rumus Pythagoras.
સાચો જવાબ B છે.

9. Perhatikan gambar berikut ini!
Tiga muatan Q₁, ક્યૂ₂, dan Q₃ berada pada posisi di ujung segitiga siku-siku ABC. Panjang AB = BC = 30 cm. Diketahui કે = 9.10⁹ Nm².C^-2 dan 1 µ = 10^-6 maka resultan gaya Coulomb pada muatan Q₁ adalah….

1. 1 N
2. 5 N
3. 7 N
4. 10 N
5. 12 N

ચર્ચા
તે જાણીતું છે કે:
Muatan pada titik A (q_A) = 3 µC = 3 x 10^-6 Coulomb
Muatan pada titik B (q_B) = -10 µC = -10 x 10^-6 Coulomb
Muatan pada titik C (q_C) = 4 µC = 4 x 10^-6 Coulomb
Jarak B ke C (r_BC) = 30 cm = 0,3 meter = 3 x 10^-1 મીટર
Jarak B ke A (r_BA) = 30 cm = 0,3 meter = 3 x 10^-1 મીટર
કે = 9.10⁹ Nm².C^-2
પૂછ્યું: Resultan gaya Coulomb pada titik B
જવાબ :
Gaya listrik antara muatan pada titik B dan C :
F_BC = k (q_B)(q_C) / આર_BC²
F_BC = (9 x 10⁹)(૧ x ૧૦^-6)(૧ x ૧૦^-6) / (3 x 10^-1)²
F_BC = (9 x 10⁹)(૧ x ૧૦^-12) / (9 x 10^-2)
F_BC = (360 x 10^-3) / (9 x 10^-2)
F_BC = 40x10^-1
F_BC = ૧૦ ન્યૂટન
Muatan listrik pada titik B bertanda negatif dan muatan listrik pada titik C bertanda positif, karenanya arah gaya listrik F_BC ke kanan menuju titik C.

Gaya listrik antara muatan pada titik B dan A :
F_BA = k (q_B)(q_A) / આર_BA²
F_BA = (9 x 10⁹)(૧ x ૧૦^-6)(૧ x ૧૦^-6) / (3 x 10^-1)²
F_BA = (9 x 10⁹)(૧ x ૧૦^-12) / (9 x 10^-2)
F_BA = (270 x 10^-3) / (9 x 10^-2)
F_BA = 30x10^-1
F_BA = ૧૦ ન્યૂટન
Muatan listrik pada titik B bertanda negatif dan muatan listrik pada titik A bertanda positif, karenanya arah gaya listrik F_BA ke atas menuju titik A.
 
Kedua gaya listrik membentuk sudut siku-siku karenanya resultan gaya listrik yang bekerja pada titik B dihitung menggunakan rumus Pythagoras.
સાચો જવાબ B છે.

પ્રશ્ન સ્ત્રોત:

સિનિયર હાઇ સ્કૂલ/વોકેશનલ હાઇ સ્કૂલ માટે રાષ્ટ્રીય પરીક્ષા ભૌતિકશાસ્ત્રના પ્રશ્નો