Listrik statis – UN fisika SMA/MA
1. Soal UN 2011/2012 A81 No.32
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. 09 x 101 N ke muatan C
B. 09 x 101 N ke muatan A
C. 18 x 101 N ke muatan C
D. 18 x 101 N ke muatan A
E. 36 x 101 N ke muatan C
Pembahasan
Diketahui :
qA = 10 µC = 10 x 10-6 C = 10-5 Coulomb
qB = 10 µC = 10 x 10-6 = 10-5 Coulomb
qC = 20 µC = 20 x 10-6 = 2 x 10-5 Coulomb
rAB = 0,1 meter = 10-1 meter
rBC = 0,1 meter = 10-1 meter
k = 9 x 109 Nm2C−2
Ditanya : Gaya Coulomb yang dialami muatan B
Jawab :
Terdapat dua gaya Coulomb atau gaya listrik yang bekerja pada muatan B, yakni gaya Coulomb antara muatan A dan B (FAB) serta gaya Coulomb antara muatan B dan C (FBC). Gaya Coulomb yang dialami oleh muatan B merupakan resultan dari FAB dan FBC.
Gaya Coulomb antara muatan A dan B :
Muatan A bertanda positif dan muatan B bertanda positif sehingga FAB menuju muatan C.
Gaya Coulomb antara muatan B dan C :
Muatan B bertanda positif dan muatan C bertanda positif sehingga FBC menuju muatan A.
Gaya Coulomb yang dialami muatan B :
FB = FBC – FAB = 180 – 90 = 90 N
Besar gaya Coulomb yang dialami oleh muatan B (FB) adalah 90 Newton. Arah FB sama dengan arah FBC yakni menuju muatan A.
Jawaban yang benar adalah B.
2. Soal UN 2011/2012 C61 No.32
Besar 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
Pembahasan
Diketahui :
Muatan A (qA) = +Q
Muatan B (qB) = -2Q
Muatan C (qC) = -Q
Jarak antara muatan A dan B (rAB) = r
Jarak antara muatan B dan C (rBC) = 2r
k = 9 x 109 Nm2C−2
Ditanya : besar dan arah gaya Coulomb pada muatan B
Jawab :
Gaya Coulomb antara muatan A dan muatan B :
Muatan A positif dan muatan B negatif sehingga arah FAB menuju muatan A
Gaya Coulomb antara muatan B dan muatan C :
Muatan B negatif dan muatan C negatif sehingga arah FBC menuju muatan A
Resultan gaya yang bekerja pada muatan B :
F = FAB + FBC = 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.
Jawaban yang benar adalah A.
Medan Listrik
3. Soal UN 2011/2012 A81 No.31
Perhatikan gambar dua muatan titik berikut! Dimana letak titik P agar kuat medan listrik di titik P tersebut sama dengan nol ? (k = 9 x 109 Nm2C−2, 1 μC = 10−6 C)
A. tepat di tengah Q1 dan Q2
B. 6 cm di kanan Q2
C. 6 cm di kiri Q1
D. 2 cm di kanan Q2
E. 2 cm di kiri Q1
Pembahasan
Untuk menghitung kuat medan listrik di titik P, diandaikan pada titik P terdapat sebuah muatan uji positif. Q1 positif dan Q2 negatif, karenanya titik P harus berada di sebelah kanan Q2 atau sebelah kiri Q1. Jika titik P berada di sebelah kiri Q1; medan listrik yang ditimbulkan titik Q1 pada titik P arahnya ke kiri (menjauhi Q1) dan medan listrik yang ditimbulkan Q2 pada titik P arahnya ke kanan (menuju Q1). Karena arah medan listrik berlawanan maka keduanya saling menghilangkan sehingga kuat medan listrik pada titik P bernilai nol.
Diketahui :
Q1 = +9 μC = +9 x 10−6 C
Q2 = -4 μC = -4 x 10−6 C
k = 9 x 109 Nm2C−2
Jarak antara muatan 1 dan muatan 2 = 3 cm
Jarak antara Q1 dan titik P (r1P) = a
Jarak antara Q2 dan titik P (r2P) = 3 + a
Ditanya : Dimana letak titik P agar kuat medan listrik di titik P tersebut sama dengan nol ?
Jawab :
Titik P berada di sebelah kiri Q1.
Medan listrik yang ditimbulkan oleh Q1 pada titik P :
Muatan uji positif dan Q1 positif sehingga arah medan listrik ke kiri.
Medan listrik yang ditimbulkan oleh Q2 pada titik P :
Muatan uji positif dan Q2 negatif sehingga arah medan listrik ke kanan.
Resultan medan listrik pada titik A :
E1 dan E2 berlawanan arah.
E1 – E2 = 0
E1 = E2
Gunakan rumus ABC untuk menentukan nilai a.
a = -1,25, b = -13,5, c = -20,25
Tidak mungkin a negatif.
Jarak antara Q2 dan titik P (r2P) = 3 + a = 3 – 1,8 = 1,2 cm.
Titik P berada pada jarak 1,2 cm di sebelah kanan Q2.
