Hand Out Fisika Interaksi Elekstrostatik. XII IPA SMAN 8 Pekanbaru

Transkripsi

1 Hand Out isika Setelah membahas matei ini dengan tuntas dihaapkan siswa dapat:. Menjelaskan konsep muatan listik. Menghubungkan benda banda netal dan bemuatan listik dengan poton poton dan elekton elekton dalam atom 3. Memfomulasikan hukum oulomb dan menggunakannya dalam pemecahan soal soal... Inteaksi Elekstostatik. Setiap zat tesusun atas patikel-patikel yang sangat kecil yang disebut atom. tom secaa umum tedii atas inti atom yang dikelilingi oleh elekton. Inti atom tedii dai poton yang bemuatan positif dan neton yang tidak bemuatan (netal). Semua elekton mendapat muatan yang sama, demikian juga poton. Muatan poton memiliki besa pesis sama dengan muatan elekton, namun belawanan tanda. Massa poton jauh lebih kecil dai massa elekton dan hampi sama dengan massa poton. esanya muatan dai patikel elemente adalah: elekton = -,6 x 0-9 coulomb poton = +,6 x 0-9 coulomb udi sis XII IP SMN 8 Pekanbau

2 Hand Out isika Oleh kaena elekton suatu atom dapat bepindah, maka jumlah muatan positif tidak selalu sama dengan muatan negatif. Untuk itu benda dikatakan NETRL jika jumlah muatan positif (poton) sama dengan jumlah muatan negatif (elekton) NEGTI : Jumlah muatan negatif (elekton) > jumlah muatan positif (poton) dengan kata lain enda meneima elekton dai atom lain POSITI : Jumlah muatan positif (poton) > jumlah muatan negatif (elekton) atau enda melepaskan elekton kepada atom lain Sebagai contoh jika sebatang penggais plastik digosokkan pada kain suta kemudian didekatkan pada potongan-potongan kecil styofoam, maka potonganpotongan styofoam itu akan begeak menjauh. ebeda halnya jika sebatang kaca yang digosokkan pada kain suta, kemudian didekatkan pada potongan styofoam, maka styofoam akan begeak mendekati batang kaca. atang kaca bemuatan positif kaena ketika digosok dengan kain sutea, elekton-elekton batang kaca begeak ke kain sutea sehingga batang kaca kekuangan elekton dan kain sutea kelebihan elekton. Untuk mengetahui jenis muatan listik suatu benda dapat digunakan suatu alat yang disebut elektoskop. Elektoskop tedii atas dua batang atau keeping emas yang dapat begeak, sebuah bola kondukto, dan pemisah bola kondukto dengan bagian lainnya yang tebuat dai bahan isolato. enda yang bemuatan positif didekatkan pada elektoskop. enda yang bemuatan negatif didekatkan pada elektoskop. enda yang tidak bemuatan didekatkan pada elektoskop. Pada gamba tesebut tampak jika benda yang tidak bemuatan didekatkan pada bola kondukto elektoskop maka kedua keping elektoskop akan mengembang. Mengapa demikian? Pada saat benda bemuatan positif didekatkan pada bola kondukto maka bola tesebut akan bemuatan negatif, kaena elekton elekton tekumpul di bola kondukto sehingga kedua keping akan bemuatan positif. Kedua keping bemuatan sejenis maka kedua keping tesebut akan saling tolak menolak (mengembang). egitu juga jika yang didekatkan benda yang bemuatan negative, kedua keping akan mengembang. Hal ini kaena elekton elekton dai bola kondukto begeak ke kedua keping. ola kondukto menjadi bemuatan positif dan kedua keping jadi bemuatan negatip. Satuan muatan adalah coulomb (), yang diambil dai nama fisikawan Peancis, hales ugustin de oulomb ( ). oulomb, hales ugustin de ( ), ench physicist, pionee in electical theoy, bon in ngoulême. He seved as a militay enginee fo ance in the West Indies, but etied to lois, ance, at the time of the ench Revolution to continue eseach in magnetism, fiction, and electicity. In 777 he invented the tosion balance fo measuing the foce of magnetic and electical attaction. With this invention, oulomb was able to fomulate the pinciple, now known as oulomb's law, govening the inteaction between electic chages. In 779 oulomb published the teatise Théoie des machines simples (Theoy of Simple Machines), an analysis of fiction in machiney. fte the wa oulomb came out of etiement and assisted the new govenment in devising a metic system of weights and measues. The unit of quantity used to measue electical chages, the coulomb, was named fo him. Micosoft Encata Refeence Libay Micosoft opoation. ll ights eseved. esa muatan listik oulomb didefinisikan sebagai muatan listik yang mengali setiap detik pada suatu penghanta yang beaus tetap mpee. Satuan lain adalah miko oulomb (µ) dimana µ = 0-6 atau menggunakan satuan stat oulomb (st) dimana = 3 x 0 9 st. udi sis XII IP SMN 8 Pekanbau

3 Hand Out isika 3.. Hukum oulomb. Gaya Taik Menaik atau Tolak Menolak antaa dua muatan listik besanya: Sebanding dengan besanya muatan masing-masing ebanding tebalik dengan kuadat jaak antaa kedua muatan (hales ugustin de oulomb, 784) Dimana : = Gaya Taik Menaik atau Tolak Menolak (N) q = Muatan enda () = jaak muatan (m) k = konstanta Pembanding = 9 4π ε 0 = 9x0 Nm (untuk uang hampa) Jika muatan tidak teletak di uang hampa atau udaa melainkan teletak di dalam suatu medium, nila tetapan k akan menjadi lebih kecil. Oleh kaena pemitivitas uang hampa atau udaa besanya adalah ε 0 = 8,85 x 0 - /N m, maka untuk suatu bahan yang mempunyai pemitivitas elatif ε, dimana pemitivitas bahan tesebut adalah ε, = k q q ε = ε ε o, Maka gaya taik menaiknya : bahan vakum = atau = x bahan vakum ε ε Menggambakan Vekto Gaya Listik Gaya Listik yang bekeja pada suatu muatan akibat muatan lain, digambakan dengan sebuah vekto. Pehatikan gaya inteaksi antaa dua muatan beikut! q q q q (a) (b) q q (c) Pada gamba (a) dan (b), kedua vekto digambakan saling menjauh kaena kedua muatan tesebut sejenis, sehingga vektonya saling betolakbelakang. Sedangkan pada gamba (c), kedua vekto digambakan saling mendekat kaena kedua muatan tidak sejenis, sehingga vektonya saling taik menaik udi sis XII IP SMN 8 Pekanbau

4 Hand Out isika 4 Gaya oulomb Oleh Lebih Dai Dua Muatan Titik Oleh kaena gaya oulomb adalah besaan vekto, maka gaya elektostatis yang dialami oleh sebuah patikel yang dipengauhi oleh dua atau lebih patikel bemuatan positif meupakan esultan dai vekto-vekto gaya elektostatis yang mempengauhinya. Tanda muatan, positif (+) atau negatif (-), tidak dimasukkan ke dalam poses pehitungan. Tanda tesebut hanya untuk menentukan aah vekto gaya listik di titik yang di tinjau Tinjaulah tiga buah muatan titik yang teletak pada satu gais luus, dimana muatan di titik adalah positif q, muatan titik adalah positif q, dan muatan di negatif q 3, jaak sebesa x dan jaak adalah y, sepeti pada gamba beikut Gamba: q q q 3 x y Jika diminta menghitung gaya listik yang dialami oleh muatan, maka vekto gaya listik pada muatan dapat digambakan sebagai beikut: q q 3 q 3 x y Sedangkan besanya esultan vekto gaya listik di adalah : = + 3 ontoh Soal Pehatikan gamba! +5μ 0 cm -μ 5 cm Tentukanlah besa gaya listik yang bekeja pada titik! -4μ Penyelesaian Vekto-vekto gaya Listik pada muatan adalah dan yang keduanya mengaah ke muatan. Hal ini kaena muatan taik menaik dengan muatan dan muatan tolak menolak dengan muatan, sehingga: Resultan vecto gaya di titik : = +. q q q q = k + k x x0 6 x x 0 6 = 9 x x0 9 0,5 x 0 = 9 + 3, =, N Jadi besanya esultan gaya di titik adalah, N dengan vekto gayanya mengaah dai titik ke titik. udi sis XII IP SMN 8 Pekanbau

5 Hand Out isika 5 Latihan Soal :. Dua muatan masing-masing +4 µ dan 6 µ tepisah pada jaak 30 cm. Tentukan gaya oulomb yang timbul pada muatan petama jika a. kedua muatan beada di dalam uang hampa (udaa) b. kedua muatan teletak didalam zat yang mempunyai konstanta dielektikum 60. da empat patikel bemuatan, yaitu,, dan D. Jika muatan taik menaik dengan muatan, tetapi tolak menolak dengan muatan. Muatan taik menaik dengan muatan D. Tentukanlah jenis muatan keempat patikel tesebut jika muatan D adalah negatif 3. Dua muatan titik q dan q tolak menolak dengan gaya sebesa. Jika muatan q ditambahkan ke masing-masng muatan titik itu, dan jaak pisahnya dijadikan dua kali semula, tentukanlah besanya gaya tolak menolaknya sekaang! 4. Pehatikan gamba beikut 0 cm 5 cm +μ +μ 3μ Tentukan esultan gaya oulomb di titik., dan 5. Pada segi tiga sama sisi yang sisinya 3 cm, diletakkan muatan titik masing-masing + µ, 4 µ dan +6 µ. Tentukan besa gaya Elektostatis pada masing-masing muatan 6. Dua buah muatan masing-masing + 9µ dan +6 µ tepisah pada jaak 8 cm. Dimanakah letak muatan ketiga diletakkan aga gaya elektostatis pada muatan ketiga ini benilai nol 7. Dua buah muatan masing-masing 9µ dan +6 µ tepisah pada jaak 8 cm. Dimanakah letak muatan ketiga diletakkan aga gaya elektostatis pada muatan ketiga ini benilai nol 8. Tiga muatan yang sama teletak pada sudutsudut sebuah segitiga sama sisi. pabila gaya antaa dua muatan itu, maka hitunglah besanya gaya pada setiap muatan 9. Pada titik-titik sudut sebuah pesegi empat dengan panjang sisi a ditempatkan masingmasing sebuah muatan sama besa yaitu q. Jika gaya inteaksi anta dua muatan listik yang tedekat adalah, tentukanlah esultan yang bekeja pada sebuah muatan kaena pengauh dai tiga muatan lainnya 0. Sebuah bola kecil bemassa 0 gam digantungkan pada seutas tali yang massanya diabaikan sepanjang 5 cm. Jika bola lain dengan massa yang sama dan muatan yang besanya sama didekatkan pada muatan petama, maka muatan petama akan begeak mendekati bola kedua hingga pada jaak 3 cm dan tali penggantung menyimpang sejauh Tentukanlah a. eat masing-masing bola b. esa gaya oulomb masing-masing bola c. Muatan listik masing-masing bola udi sis XII IP SMN 8 Pekanbau