Kelas 9 Hukum Coulomb

Hukum Coulomb ditemukan oleh Charles Agustin de Coulomb, seorang fisikawan berkebangsaan Perancis pada tahun 1785.

Di dalam percobaannya, Charles meneliti tentang adanya hubungan antara gaya listrik dengan dua buat muatan dan jarak antar kedua muatan tersebut menggunakan neraca puntir.

Hukum Coulomb selanjutnya menjadi salah satu hukum dari dasar ilmu fisika yang berkaitan dengan kelistrikan.

Pada dasarnya, Hukum Coulomb menyatakan bahwa interaksi muatan listrik yang sejenis akan tolak-menolak, sedangkan muatan yang berlainan jenis akan tarik-menarik.

Muatan listrik terdiri dari dua jenis, yaitu muatan positif (+) dan muatan negatif (-). Apabila dua benda bermuatan didekatkan, akan terjadi interaksi antar kedua benda bermuatan tersebut.

Pada saat dua benda bermuatan sejenis didekatkan, akan terdapat gaya yang saling menolak yang mencegah kedua muatan itu bersatu.

Akan tetapi, jika ada dua buah benda bermuatan berbeda yang saling didekatkan, maka akan timbul gaya tarik-menarik.

Gaya tarik-menarik dan gaya tolak-menolak ini disebut dengan gaya elektrostatis. Sedangkan alat yang digunakan untuk mendeteksi ada tidaknya muatan listrik pada benda dinamakan elektroskop.

Bunyi Hukum Coulomb

Berdasarkan percobaan yang telah dilakukannya, maka Charles kemudian mengemukakan temuannya yang kemudian dikenal sebagai Hukum Coulomb.

Bunyi hukum Coulomb secara lengkap adalah sebagai berikut.

Besaran gaya tarik menarik atau tolak menolak antara dua benda bermuatan listrik berbanding lurus dengan muatan masing-masing benda dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua benda tersebut.

Rumus Hukum Coulomb

Misalkan ada dua benda bermuatan q₁ dan q₂ terpisah pada jarak r satu dengan lainnya di dalam ruang hampa.

Jika q₁ dan q₂ mempunyai muatan yang sama, maka akan terdapat gaya tolak menolak (F₁₂). Sebaliknya apabila keduanya memiliki muatan berbeda, akan terjadi gaya tarik menarik (F₂₁).

Dengan demikian, rumus Hukum Coulomb secara lengkap dapat dituliskan sebagai berikut.

Keterangan:

F = gaya tarik-menarik atau tolak-menolak (Newton, N)

q₁ = besar muatan pertama, (Coulomb, C)

q₂ = besar muatan kedua, (Coulomb, C)

r = jarak antara dua benda bermuatan, (meter, m)

k = konstanta pembanding (9 × 10⁹ Nm²/C²)

Perhatikan video penjelasan berikut:

Contoh Soal dan Penyelesaiannya

Soal nomor 1

Empat buah benda bermuatan A, B, C, dan D saling didekatkan. Benda A bermuatan positif menolak benda B, benda B menarik benda C, benda C menolak benda D. Muatan benda-benda tersebut adalah …

A. B negatif, C positif, D Positif

B. B negatif, C negatif, D Positif

C. B positif, C negatif, D negatif

D. B positif, C positif, D negatif

Jawaban : C

Pembahasan :

Benda A (+) tolak-menolak dengan benda B, maka benda B positif

Benda B (+) menarik benda C, maka benda C negatif

Benda C (-) menolak benda benda D, maka benda D negatif

Soal nomor 2

Perhatikan gambar lima buah benda bermuatan listrik berikut ini!

Benda q1 dan q5 bermuatan listrik negatif, sedangkan tiga benda yang lain belum diketahui muatannya.

Jika q2 didekatkan q1  terjadi tarik-menarik, q3  didekatkan q5  terjadi tarik-menarik,  dan  jika  q2  didekatkan  q4 terjadi tolak-menolak, simpulan muatan q2, q3 dan q4 adalah …

A. negatif, negatif, negatif

B. positif, positif, positif

C. negatif, positif, negatif

D. positif, negatif, positif

Jawaban : B

Pembahasan :

q1 dan q5 = negatif

q1 dan q2 tarik-menarik, maka q2 positif

q3 dan q5 tarik-menarik, maka q3 positif

q2 dan q4 tolak-menolak, maka q4 positif

Soal nomor 3

Dua buah muatan masing-masing Q1 dan Q2 berada di udara terpisah pada jarak 2r, sehingga terjadi gaya tarik sebesar F seperti tampak pada gambar berikut.

Jika kedua muatan dipindahkan sehingga berjarak kali jarak mula-mula, maka gaya tarik antara kedua muatan menjadi ….

A. 4F

B. 2F

C. F

D. F

Kunci jawaban : A

Pembahasan :

Besarnya gaya tarik menarik atau tolak menolak antara dua benda bermuatan berbanding terbalik dengan kuadrat  jarak antara dua benda bermuatan tersebut.

Karena jarak diperpendek menjadi 1/2 kali, maka besarnya gaya tarik menarik antara dua benda tersebut menjadi 4 kali gaya semula.

Soal nomor 4

Dua benda bermuatan listrik saling berdekatan seperti gambar berikut!

Benda K dengan L tolak-menolak dengan gaya 3 N. Jika muatan K diperkecil menjadi +lQ dan muatan L diperbesar menjadi 8Q, sedangkan jarak K dengan L diperpanjang menjadi 10 cm, gaya tolak-menolak antara K dengan L menjadi ….

A. 3 N

B. 6 N

C. 12 N

D. 24 N

Kunci jawaban : A

Pembahasan :

F2 = 3 Newton

Soal nomor 5

Gambar berikut menunjukkan dua keadaan muatan-muatan listrik yang diletakkan pada jarak yang berbeda.

Jika pada keadaan (1) terjadi gaya tarik-menarik sebesar F maka pada keadaan (2) terjadi gaya
tarik-menarik sebesar ….

A. 0,5 F

B. 1 F

C. 2 F

D. 4 F

Kunci jawaban : B

Pembahasan :

F = k. q1q2 / r²

Fr² = k. q1q2

Fr²/q1q2 = k

F1r1²/q1q2 = Fbrb²/qaqb

Fr²/qq = Fb.(2r)²/2q.2q

Fr²/q² = Fb4r²/4q²

F = Fb

Fb = F

Jadi, pada keadaan (2), gaya tarik menariknya adalah F

Soal nomor 6

Dua benda bermuatan masing-masing 3 x 10^-6 C dan 1 x 10^-6 C. Jarak dua muatan tersebut adalah 30 cm dan k = 9 x 10² Nm²/C², maka gaya yang dialami oleh kedua muatan adalah ….

A. 0,3 Newton

B. 3 Newton

C. 6 Newton

D. 9 Newton

Kunci jawaban : A

Pembahasan :

F = 3 Newton

Soal nomor  7

Dua buah benda bermuatan dengan muatan yang sama, jaraknya dijadikan tiga kali semula, maka gaya yang akan dialami kedua muatan adalah ….

A. 9 kali semula

B. 4 kali semula

C. 1/2  kali semula

D. 1/9  kali semula

Kunci jawaban : D

Pembahasan :

Diketahui r2 = 3r1

Rumus menghitung gaya Coulomb :

Berdasarkan rumus tersebut, maka gaya Coulomb (F) berbanding terbalik dengan kuadrat jarak kedua muatan (r²).

F1/F2=(r2/r1)²

F1/F2=(3r1/r1)²

F1/F2=3²

F1/F2=9

F2 = 1/9 F1

Jadi F akhir sama dengan 1/9 kalinya F semula.