Contoh soal mencari gaya listrik dan solusinya untuk SMP kelas 9

Hubungan antara besarnya muatan listrik terhadap jumlah proton dan elektron

Atom merupakan penyusun semua benda. Atom terdiri atas proton, neutron dan elektron. Neutron memiliki muatan netral, proton dan electron lah yang menyebabkan suatu benda itu bermuatan. Proton dan elektron memilki jumlah muatan yang bisa diprediksi, dengan proton dikenal sebagai muatan positif dan elektron memiliki muatan negatif. Besarnya muatan elektron sudha dibuktikan dalam beberapa eksperimen sebesar -1.6 x 10^-19 C (dimana tanda negatif menandakan jenis muatan tersebut, yani negative). Proton memiliki besar muatan yang sama dengan elektron, hanya saja bertanda positif (muatan positif), sebesar +1.6 x 10^-19 C ( tanda + boleh tida dicantumkan).

Untuk lebih jelas mengenai elektron, proton, dan neutron bisa dilihat di:

Contoh isotope, isobar dan isoton

Benda terdiri atas banyak atom yang mengandung proton dan elektron, dapat memiliki keseluruhan muatan jika terjadi ketidakseimbangan antara jumlah proton dan elektron.

– Benda dengan kelebihan proton daripada elektron akan menjadi muatan positif.

– benda dengan kelebihan elektron maka disebut sebagai mmuatan negatif.

Besarnya muatan suatu benda merupakan perbedaan jumlah proton dan elektron yang dikalikan dengan 1.6 x 10^-19 C.

Contohnya:

Suatu bola besi memiliki perbedaan jumlah proton dan elektron 50, dengan kelebihan elektron 50. Maka besarnya muatan bola besi tersebut adalah:

Q= 50 X -1.6 x 10^-19 C= -8 x 10^-18 C

Secara umum ditulis: Q=n.e

Hukum Coulomb untuk mencari gaya listrik

Benda bermuatan dapat mengalami gaya tarik menarik atau tolak menolak pada benda bermuatan lain di sekitarnya. Besarnya gaya ini mengikuti pola yang sudah diprediksi oleh Coulomb yang mana tergantung dengan besarnya muatan kedua benda dan jarak pisahnya. Perhatikan gambar di bawah ini:

Gaya listrik berdasarkan Hukum coulomb bsia ditulis menjadi persamaan di bawah ini:

Contoh soal mencari gaya listrik jika diketahui dua muatan listrik:

1. Dua buah muatan listrik sebesar 5 C dan 4 C terpisah dalam jarak 3 meter. Jika kontanta Coulomb sebesar 9 × 10⁹Nm² C^–2, berapa besarnya gaya listrik yang dialami kedua muatan?

Diektahui:

Muatan 1 (q₁) = 5 C

Muatan 2 (q₂) = 4 C

Jarak antara muatan 1 dan muatan 2 (d) = 3 m

Konstanta Coulomb (k) = 9 × 10⁹ Nm² C^–2

Ditanyakan: besarnya gaya listrik (F)

Jawab:

Jadi besarnya gaya listrik adalah 2 × 10¹⁰ N, tanda positif artinya benda saling tolak menolak (jenis kedua muatan sama)

2. Tiga buah muatan listrik q₁, q, dan q₂ terletak pada satu garis seperti apda gambar di bawah ini. Jika q = 5.0 μC dan d = 30 cm, berapa besarnya dan arah gaya listrik yang bekerja pada q?

Diketahui:

muatan 1 (q₁) = 30 μC = 30 x 10^-6 C

muatan 2 (q₂) = 60 μC = 60 x 10^-6 C

muatan 3 (q) = 5 μC = 5 x 10^-6 C

jarak antara muatan q₁ dan q = d

jarak antara muatan q₂ dan q = 2d

d = 30 cm = 0,3 m

d² = (0,3)² = 0,09

kontanta coulomb (k) = 9 x 10⁹ N m² C^-2

Ditanyakan: besarnya dan arah gaya listrik yang dialami muatan q

Jawab:

Jika digambar diagram vektor gayanya maka:

Perhatikan: ada dua gaya yang bekerja pada q yakni F₁ ke kanan (q dan q₁ adalah muatan positif sehingga F₁ menjauhi q dan q₁) dan F₂ ke kiri (q dan q₂ muatan positif sehingga F₂ menjauh dari q dan q₂).

Langkah pertama hitung F₁ dan F₂.

Perhatikan,karena kedua gaya berlawanan arah, maka gaya listrik total/ gaya netto menjadi:

Jadi gaya yang dialami q sebesar 7,5 N dan arahnya searah dengan F₁(anak panah warna ungu), ke kanan mendekati q₂. Jika digambar:

3. Muatan listrik +q₁ = 10 μC ; +q₂ = 20 μC ; and q₃ terpisah seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Gaya listrik yang dialami pada q₂ = 0, tentukan besarnya muatan q_3.

Diketahui:

Muatan 1 (q₁) = 10 μC = 10 x 10^-6 C

Muatan 2 (q₂) = 20 μC = 20 x 10^-6 C

Gaya total/ netto yang bekerja pada q₂= 0

Ditanyakan: berapa besarnya muatan q₃

Jawab:

Diagram vektor gaya listriknya: (agar F_net pada q₂= 0, maka kedua gaya harus berlawanan arah)

Ada dua gaya yang bekerja pada +q₂. Yakni:

– gaya pertama F₁₂, tolak menolah antara muatan +q₁ dan muatan +q₂ sehingga F₁₂, ke kanan. Itto yang bekerja pada q₂ = 0 maka q₃ harus bermuatan positif juga.

– gaya kedua tolak menolak antara muatan  +q₂ and +q₃ yani F₃₂, ke kiri.

Keduanya bekerja pada q₂, yang memilki besar sama tetapi arah yang berbeda.

Gaya netto yang bekerja pada +q₂ = 0, maka:

Nah mudah sekali bukan penjelasan dan contoh soal beserta solusinya untuk gaya listrik antara dua muatan atau lebih. Selamat belajar!