Pada artikel ini kita membahas contoh soal hukum Coulomb dan penyelesaiannya atau pembahasannya. Lalu apa itu hukum Coulomb ?. Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh seorang ahli fisika Perancis, Charles de Coulomb (1736 – 1806) disimpulkan bahwa “besarnya gaya tarik-menarik atau tolak-menolak antara dua benda bermuatan listrik (yang disebut gaya Coulomb / gaya listrik) berbanding lurus dengan muatan masing-masing benda dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua benda tersebut”. Secara matematis, Hukum Coulomb ditulis ebagai berikut.
→ F = kContoh soal hukum Coulomb
Contoh soal 1
Dua muatan titik yang sejenis dan sama besar qA = qB = 10-2 µC pada jarak 10 cm satu sama lain. k = 9 x 109 Nm2/C2. Gaya tolak yang dialami kedua muatan itu adalah ….
A. 9 . 10-14 N
B. 9 . 10-9 N
C. 9 . 10-5 N
D. 9 . 103 N
E. 9 . 107 N
Penyelesaian soal / pembahasan
Pada soal ini diketahui:
- qA = qB = 10-2 µC = 10-8 C
- r = 10 cm = 0,1 m
Dengan menggunakan hukum Coulomb diperoleh hasil sebagai berikut.
→ F = k→ F = 9 x 109 Nm2/C2
→ F = 9 x 10-5 N
Soal ini jawabannya C
Contoh soal 2
Perhatikan gambar muatan listrik berikut.
Gaya listrik yang dialami q dari titik A adalah 12 N. Jika muatan q digeser mendekati titik A sejauh 5 mm, maka gaya listrik yang dialami muatan q adalah …
A. 54 N
B. 48 N
C. 27 N
D. 9 N
E. 3 N
Pembahasan / penyelesaian soal
Kita konversi dahulu satuan 4 µC = 4 . 10-6 C dan 10 mm = 0,01 m. Selanjutnya kita tentukan muatan qB dengan cara dibawah ini.
→ FA = k→ FA = 9 x 109 Nm2/C2
→ 12 N = 36 x 103 . qB . 104 N/C
→ 12 N = 36 . 107 N/C . qB
→ qB =
Maka besar gaya listrik ketika muatan B mendekati muatan A sebesar 5 mm = 0,005 m adalah:
→ FB = k→ FB = 9 x 109 Nm2/C2
→ FB = 0,48 . 102 N = 48 N.
Jadi besar gaya pada muatan B adalah 48 N. Jadi soal ini jawabannya B.
Contoh soal 3
Tiga muatan listrik diletakkan terpisah seperti gambar dibawah ini.
Resultan gaya yang bekerja pada +q adalah F1. Jika muatan -2q digeser menjauhi +q sejauh a, maka resultan gaya yang bekerja pada muatan +q menjadi F2. Nilai perbandingan F1 dengan F2 adalah…
A. 2 : 5
B. 5 : 2
C. 5 : 8
D. 8 : 1
E. 8 : 5
Pembahasan / penyelesaian soal
→ F1 = 4
→ F2 = k
→ F2 = 5/2
→ F1 : F2 = 4 : 5/2
Jadi perbandingan F1 : F2 adalah 4 : 5/2 atau 8 : 5. Jadi soal ini jawabannya B.
Contoh soal 4 (UN 2016 SMA)
Tiga buah muatan titik membentuk bangun segitiga sama sisi seperti gambar dibawah ini.
Jika panjang satu sisinya 3 cm maka resultan gaya listrik yang dialami dititik A sebesar….
A. 100 N
B. 300 N
C. 100√ 7 N
D. 300√ 7 N
E. 400√ 7 N
Pembahasan / penyelesaian soal
Untuk menjawab soal ini kita ubah satuan yaitu 3 cm = 0,03 m, QA = 2 µC = 2 . 10-6 C, QB = 5 µC = 5 x 10-6 dan QC = 15 µC = 15 x 10-6 C.
Menentukan besar FAB:
→ FAB = k→ FAB = 9 . 109 Nm2/C2
→ FAB = 100 N
Menentukan besar FAC:dengan menggunakan rumus seperti FAB tetapi QAB diganti dengan QAC sehingga didapat:
→ FAC = 9 . 109 Nm2/C2→ FAC = 300 N
Selanjutnya kita menghitung resultan gaya F dengan menggunakan rumus dibawah ini.
→ F = √→ F = √
→ F = √
→ F = √
Jadi besar gaya pada QA sebesar 100 √ 7 N. Jadi soal ini jawabannya C.
Contoh soal 5
Perhatikan gambar berikut.
Ketiga muata listrik Q1, Q2, dan Q3 adalah segaris. Jika jarak d = 20 cm maka besar dan arah gaya Coulomb yang bekerja pada muatan Q2 adalah …
A. 15 N menuju Q3
B. 15 N menuju Q1
C. 10 N menuju Q1
D. 5 N menuju Q1
E. 5 N menuju Q3
Pembahasan / penyelesaian soal
Untuk menjawab soal ini, kita ubah terlebih dahulu satuan d = 20 cm = 0,2 m, Q1 = 20 µ C = 20 x 10-6 C, Q2 = -10 µC = -10 x 10-6 C dan Q3 = 40 µC = 40 x 10-6 C.
F23 kekanan sehingga gaya listrik positif dan F21 kekiri sehingga gaya listrik negatif. Jadi resultan total gaya listrik muatan Q2:
→ F2 = F23 – F21→ F2 = k
→ F2 = k . Q2
→ F2 = 9 . 109 Nm2/C2 . 10 . 10-6 C
→ F2 =
Hasilnya positif 5 N sehingga arah gaya listrik ke kanan atau menuju Q3. Jadi soal ini jawabannya E.
Contoh soal 6
Muatan listrik +q1 = 10 µC, +q2 = 20 µC dan q3 terpisah seperti gambar dibawah ini.
Agar gaya Coulomb yang bekerja di muatan q2 = 0 maka muatan q3 adalah…
A. +2,5 µC
B. -2,5 µC
C. +25 µC
D. -25 µC
E. +4 µC
Penyelesaian soal / pembahasan
→ F21 – F23 = 0→ F23 = F21
→ k
→
→
→ q3 = 10 µC . 0,25 = 2,5 µC
Karena arah gaya F23 menuju q1 maka besar muatan q3 = + 2,5 µC. Jadi soal ini jawabannya A.
Contoh soal 7
Tiga muatan listrik A, B, C terletak pada posisi seperti gambar dibawah ini.
Resultan gaya listrik yang terjadi pada muatan A adalah…
A. 4 N
B. √ 12 N
C. √ 8 N
D. 2 N
E. 1 N
Pembahasan / penyelesaian soal
Karena QB = QC = 4 µC = 4 x 10-6 C maka besar FAB = FAC yaitu:
→ FAB = k→ FAB = 9 . 109 Nm2/C2
→ FAB = FAC = 2 N
Jadi besar resultan gaya listrik muatan A:
→ FA = √→ FA = √
→ F = √ 12 N
Jadi soal ini jawabannya B.
Contoh soal 8
Tiga buah muatan listrik berada pada posisi dititik sudut segitiga ABC, panjang sisi AB = BC = 20 cm dan besar muatan sama (q = 2 µC) seperti gambar dibawah (k = 9 . 109 Nm2/C2).
Besar gaya listrik yang bekerja pada muatan B adalah …
A. 0,9 √ 3 N
B. 0,9 √ 2 N
C. 0,9 N
D. 0,81 N
E. 0,4 N
Penyelesaian soal / pembahasan
Pada soal ini diketahui:
- qA = qB = qC = 2 µC = 2 x 10-6 C
- rAB = rBC = 20 cm = 0,2 m
Cara menjawab soal ini sebagai berikut.
Soal ini jawabannya B.
Contoh soal 9
Tiga muatan QA = QB = 4 µC dan QC = 5 µC membentuk bidang segitiga seperti gambar.
Resultan gaya listrik dimuatan C adalah …
A. 20 √ 2 N
B. 14 √ 2 N
C. 10 √ 2 N
D. 9 √ 2 N
E. 9 N
Penyelesaian soal / pembahasan
Soal ini jawabannya D.
Contoh soal 10
Perhatikan gambar berikut ini.
Tiga muatan Q1, Q2 dan Q3 berada pada posisi diujung segitiga siku-siku ABC. Panjang AB = BC = 30 cm. Diketahui k = 9 x 109 Nm2/C2 dan 1 µC = 10-6 C, maka resultan gaya Coulomb pada muatan Q1 adalah …
A. 1 N
B. 5 N
C. 7 N
D. 10 N
E. 12 N
Penyelesaian soal / pembahasan
Soal ini jawabannya B.
Contoh soal 11
Dua buah muatan listrik diletakkan terpisah seperti gambar.
Muatan di A adalah 8 µC dan gaya tarik-menarik yang bekerja pada kedua muatan adalah 45 N. Jika muatan A digeser ke kanan sejauh 1 cm dan k = 9 . 109 Nm2/C2 maka gaya tarik-menarik pada kedua muatan sekarang adalah …
A. 45 N
B. 60 N
C. 80 N
D. 90 N
E. 120 N
Penyelesaian soal / pembahasan
Soal ini jawabannya C.
Contoh soal 12
Dua benda A dan B bermuatan, mula-mula ditempatkan pada jarak 0,5 m satu sama lain sehingga timbul gaya 81 N. Jika jarak A dan B diperbesar 1,5 m maka gaya tarik-menarik keduanya menjadi …
A. 3 N
B. 6N
C. 9 N
D. 12 N
E. 15 N
Penyelesaian soal / pembahasan
Soal ini jawabannya C.