Bunyi Hukum Coulomb – Contoh Soal & Rumusnya

Sayanda.com – Bunyi Hukum Coulomb – Contoh Soal & Rumusnya

Charles Augustin de Coulomb (1736-1806) adalah seorang fisikawan Prancis yang mempelajari gaya yang timbul pada muatan-muatan listrik. Menggunakan neraca puntir sebagai alat penelitiannya, Coulomb meneliti bagaimana suatu gaya tercipta antara dua titik muatan listrik yang terpisah oleh jarak yang ditentukan.

Penelitiannya ini menjadi cikal bakal teori umum mengenai gaya elektrostatis, yakni teori yang lebih dikenal dengan sebutan Hukum Coulomb dan dipublikasikan pada tahun 1784.

Bunyi Hukum Coulomb

Dengan mempertimbangkan nilai muatan dan jarak pisah antara dua titik muatan, Hukum Coulomb menguraikan hubungan antara gaya yang timbul di antara dua titik muatan yang dipisahkan oleh jarak tertentu.

Hukum Coulomb berbunyi:

“Besarnya gaya tarik-menarik atau tolak-menolak (gaya Coulomb) yang terjadi di antara dua benda bermuatan listrik berbanding lurus dengan besaran masing-masing titik muatan dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua titik muatan tersebut.”

Prinsip gaya pada muatan listrik yang dikemukakan oleh Coulomb tidak jauh berbeda dengan Hukum Newton yang membahas mengenai gaya gravitasi. Hukum ini memang merupakan pengembangan dari Hukum Newton, karena Coulomb ikut melibatkan besaran gaya Newton dalam penelitiannya.

Perbedaan utama dari kedua hukum tersebut adalah jenis gaya yang dihasilkan. Jika gaya gravitasi selalu menghasilkan gaya tarik-menarik, gaya muatan listrik bisa menghasilkan jenis gaya yang tarik-menarik atau tolak-menolak.

Jenis gaya yang timbul dipengaruhi oleh besaran nilai pangkat dari gaya kedua muatan listrik. Muatan sejenis dengan pangkat bernilai positif akan menimbulkan gaya muatan yang tolak-menolak. Sebaliknya, akan terjadi gaya tarik-menarik ketika pangkat besaran gaya kedua muatan bernilai negatif karena ditimbulkan oleh muatan yang tidak sejenis atau berlawanan.

 

Rumus Hukum Coulomb

Dalam hukum gaya elektrostatik ini, Coulomb mengemukakan bahwa dua buah titik muatan yang dipisahkan jarak tertentu akan menimbulkan gaya yang besarnya sama dengan perkalian nilai kedua muatan tersebut. Lebih lanjut, gaya yang dihasilkan akan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak pemisah kedua titik muatan.

Pernyataan Coulomb tersebut dapat digambarkan dalam persamaan berikut.

Rumus Hukum Coulomb

Keterangan:

  • F = gaya tolak-menolak atau tarik-menarik (dalam satuan Newton atau N)
  • k = konstanta pembanding (9 x 109 Nm2/C2)
  • q1 = besaran muatan pertama (dalam satuan Coulomb atau C)
  • q2 = besaran muatan kedua (dalam satuan Coulomb atau C)
  • r2 = nilai kuadrat jarak antara dua titik muatan (dalam satuan meter atau m)

Gaya Coulomb termasuk ke dalam besaran vektor karena nilai besarannya dipengaruhi oleh jarak. Maka, jika terdapat lebih dari dua muatan listrik yang perlu dihitung besaran gayanya, gaya total yang dihasilkan merupakan jumlah vektor dari masing-masing gaya muatan.

Pernyataan tersebut tergambar dalam notasi vektor di bawah ini.

Rumus Hukum Coulomb Kedua

F1 adalah gaya Coulomb yang ditimbulkan oleh q1 terhadap q3, sementara F2 adalah gaya yang ditimbulkan oleh q2 terhadap q3. Gaya Coulomb F adalah gaya keseluruhan muatan-muatan listrik tersebut. Perlu diingat, bahwa gaya yang dihasilkan akan dipengaruhi oleh besaran kuadrat jarak antara masing-masing muatan listrik (jarak q1 ke q2, jarak q2 ke q3, dan seterusnya).

Rumus tersebut berlaku untuk muatan-muatan listrik dengan posisi garis lurus. Jika susunan muatan listrik membentuk bangun geometri seperti segitiga, besaran sudut yang terbentuk akan ikut mempengaruhi besaran gaya yang ditimbulkan. Persamaannya pun akan menjadi seperti berikut.

Rumus Hukum Coulomb Ketiga

Sudut yang terbentuk dan diapit oleh gaya muatan-muatan listrik F1 dan F2 disimbolkan dengan ∝.

 

Contoh Soal Hukum Coulomb

Agar lebih memahami penerapan Hukum Coulomb untuk memecahkan permasalahan fisika yang berhubungan dengan gaya muatan elektrostatis, cermati beberapa contoh soal di bawah ini. Perhatikan pula pembahasan yang menyertai setiap contoh soal.

  1. Dua titik muatan memiliki besaran masing-masing 4 x 10-6 dan 2 x 10-4. Kedua muatan tersebut berjarak 6 cm. Hitunglah gaya Coulomb yang timbul di antara kedua muatan dan tentukan jenis gaya yang terjadi!

Pembahasan

Diketahui:

  • q1 = 4 x 10-6 C
  • q2 = 2 x 10-4 C
  • r = 6 cm atau 6 x 10-2 m, maka r2 = 36 cm atau 36 x 10-2 m
  • k = 9 x 109 Nm2/C2

Ditanyakan: Gaya antara dua titik muatan (N) dan jenis gaya yang terjadi

Penyelesaian:

Jawaban Hukum Coulomb Pertama

Maka, besaran gaya yang terjadi antara kedua muatan tersebut adalah 2 x 101 atau 20 N. Karena pangkat besaran gaya kedua muatan bernilai positif, maka gaya yang terjadi adalah tolak-menolak.

  1. Tiga buah benda bermuatan listrik terletak pada satu garis lurus. Besaran muatan masing-masing benda adalah 3 x 10-8 C, 2 x 10-8 C, dan 6 x 10-8 Jarak benda pertama dan kedua adalah 3 cm, sedangkan jarak benda kedua dan ketiga adalah 6 cm. Tentukan besaran gaya Coulomb yang dialami benda ketiga!

Pembahasan

Diketahui:

  • q1 = 3 x 10-8 C
  • q2 = 2 x 10-8 C
  • q3 = 6 x 10-8 C
  • r1 = 3 cm atau 3 x 10-2 m
  • r2 = 6 cm atau 6 x 10-2 m
  • k = 9 x 109 Nm2/C2

Ditanyakan: Besaran gaya Coulomb yang dialami benda ketiga (F3)

Penyelesaian:

Jawaban Hukum Coulomb

 

Demikianlah artikel Bunyi Hukum Coulomb – Contoh Soal & Rumusnya dari Sayanda.com; jangan sungkan untuk meninggalkan pertanyaan.

Sumber:

loading...

Leave a Reply