Listrik statis – UN fisika SMA/MA 2012

Hukum Coulomb

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 :
q_A = 10 µC = 10 x 10^-6 C = 10^-5 Coulomb
q_B = 10 µC = 10 x 10^-6 = 10^-5 Coulomb
q_C = 20 µC = 20 x 10^-6 = 2 x 10^-5 Coulomb
r_AB = 0,1 meter = 10^-1 meter
r_BC = 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 (F_AB) serta gaya Coulomb antara muatan B dan C (F_BC). Gaya Coulomb yang dialami oleh muatan B merupakan resultan dari F_AB dan F_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 = F_BC – F_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.
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 (q_A) = +Q
Muatan B (q_B) = -2Q
Muatan C (q_C) = -Q
Jarak antara muatan A dan B (r_AB) = r
Jarak antara muatan B dan C (r_BC) = 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 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 :
F = F_AB + F_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.
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 (r_1P) = a
Jarak antara Q₂ dan titik P (r_2P) = 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 (r_2P) = 3 + a = 3 – 1,8 = 1,2 cm.
Titik P berada pada jarak 1,2 cm di sebelah kanan Q₂.

Jumlah halaman : 29

Materi Pembahasan Soal :

1. Pengukuran
2. Vektor
3. Gerak Lurus
4. Gerak Melingkar Beraturan
5. Hukum Newton
6. Dinamika Rotasi
7. Usaha dan Energi
8. Elastisitas
9. Momentum, Impuls dan Tumbukan
10. Fluida Dinamis
11. Suhu, Kalor dan Perpindahan Kalor
12. Termodinamika
13. Gelombang Mekanik
14. Alat Optik
15. Gelombang Cahaya
16. Gelombang Bunyi
17. Listrik Statis
18. Listrik Dinamis
19. Gaya Magnet
20. Listrik Arus Bolak Balik
21. Efek fotolistrik
22. Relativitas Khusus
23. Fisika Inti