Rudi Susanto

Transkripsi

1 HUKUM COULOMB udi Susanto

2 BAB HUKUM COULOMB SEJAAH ILMU PENGETAHUAN ELEKTOMAGNETIK MUATAN LISTIK KONDUKTO DAN ISOLATO MUATAN TEKUANTISASI GAYA COULOMB

3 SEJAAH ILMU PENGETAHUAN ELEKTOMAGNETIK Listrik dan magnit pertama kali diteliti ilmuwan bangsa Yunani Batu ambar (elektron) bila digosok akan menarik batang jerami (listrik) Beberapa batuan alam dapat menarik besi (magnit) 80, Hans Christian Oersted Kawat dialiri arus listrik dapat menggerakkan jarum kompas motor Michael araday Percobaan-percobaan listrik magnit generator Pertengahan abad 9, James Clerk Maxwell Eksperimental teori (persamaan-persamaan Maxwell ) Cahaya adalah gelombang elektromagnetik Heinrich Hertz Maxwellian waves = gelombang radio SW

4 MUATAN LISTIK Batang gelas digosok dengan kain sutra muatan positip Batang plastik digosok dengan bulu binatang muatan negatip Benjamin ranklin memilih jenis muatan Muatan sejenis tolak menolak, muatan tak sejenis tarik menarik paint spraying, fly-ash collector, ink-jet printer

5 KONDUKTO DAN ISOLATO Pada konduktor : muatan mudah bergerak Pada isolator : muatan sulit bergerak Muatan terinduksi

6 MUATAN TEKUANTISASI Benda terdiri dari molekul-molekul Molekul terdiri dari atom-atom Atom terdiri dari neutron, proton dan elektron Muatan neutron = 0 Muatan proton = e =,6 x 0-9 C Muatan elektron = - e = -,6 x 0-9 C Benda bermuatan q = n e, n = bilangan bulat Nomor atom Z = jumlah proton/elektron dalam atom Bilangan Avogadro N A = 6,0 x 0 atom/mol Jumlah mol = massa/berat molekul M = berat molekul

7 Contoh Soal. Sebuah benda netral yang mempunyai massa sebesar, gram terbuat dari bahan tembaga (Z = 9, M = 6,5 g/mol). Hitung muatan total positip/negatipnya. Jawab : Jumlah atom : N N A m M 6,0x0 atom mol,g 6,5g / mol,95x0 atom Muatan total : q NZe,95x0 (9)(,6x0 9 ) 7x0 C Ini muatan yang besar sekali. Sebagai perbandingan bila batang plastik digosok dengan bulu binatang hanya menghasilkan muatan sebesar 0-9 C

8 GAYA COULOMB Satuan muatan listrik Q [Coulomb] Hukum Coulomb : gaya antara dua benda bermuatan sebanding dengan kedua muatan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua muatan arah gaya pada garis hubung anrata kedua muatan muatan sejenis tolak-menolak, muatan tak sejenis tarik menarik o k gaya pada kedua benda sama besar tetapi berlawanan arah 8,85x0 4 o q ~ C N m 8.99x0 9 9x0 9 N m C q q q k qq

9 Contoh Soal Hk. Coulomb Dua muatan titik masing-masing sebesar 0,05 μc dipisahkan pada jarak 0 cm. Tentukan (a) besarnya gaya yang dilakukan oleh satu muatan pada muatan lainnya dan (b) Jumlah satuan muatan dasar pada masing-masing muatan.

10 Contoh Soal Hk. Coulomb

11 Contoh Soal Hk. Coulomb Tiga muatan titik terletak pada sumbu x; q = 5 nc terletak pada titik asal, q = -0 nc berada pada x=m, dan q o = 0 nc berada pada x =,5 m. Tentukan gaya total pada q o akibat q dan q.

12 Contoh Soal Hk. Coulomb

13 Contoh Soal Hk. Coulomb

14 Contoh Soal Hk. Coulomb

15 Contoh Soal Hk. Coulomb

16 Contoh Soal Hk. Coulomb

17 Contoh Soal Hk. Coulomb

18 Contoh Soal Hk. Coulomb

19 Latihan Soal Hk. Coulomb

20 Terima Kasih

21 Contoh Soal. Dua buah bola konduktor akan tarik menarik dengan gaya sebesar 0,08 N ketika dipisahkan pada jarak 50 cm. Kemudian kedua bola ini dihubungkan dengan sebuah kawat konduktor sehingga terjadi kesetimbangan muatan. Setelah kawat konduktor tersebut dilepaskan ternyata kedua bola tadi akan tolak menolak dengan gaya sebesar 0,06 N. Berapa besarnya muatan dari kedua bola tersebut mula-mula? Jawab : Q Q Q Q 9x0 9 Qx0 0,5 6 Q x0 6 0,08(0,5) 9x0 0,5 m 0,08

22 0,5 m Q Q Q Q 9x0 0,06(0,5) Q Q Q 0,06 0,5 Qx0 Qx0 9x0 Q Q Q C Q C Q Q Q Q Q

23 Contoh Soal. Dua buah muatan yang dipegang tetap yang masing-masing besarnya adalah + C dan - C dipisahkan oleh jarak sebesar 0 cm. Dimana sebuah muatan ketiga harus diletakkan agar gaya yang bekerja padanya akibat kedua muatan tadi adalah nol? Jawab : C - C Tidak mungkin nol C Tidak mungkin nol - C Mungkin nol C - C

24 C - C Mungkin nol Q,7 cm 0,7 m 0,7 0, x,7x 0, x,7 x 0, x x 0,) (x x 0,) (x 0 0,) (x x 0 kqq kqq x 0,

25 Contoh Soal.4 Enam buah partikel yang bermuatan sama sebesar q = µc (q dan q 6 bermuatan positip sedangkan lainnya bermuatan negatip) disusun seperti terlihat pada gambar di bawah ini dengan a = cm dan = 0 o. Tentukan gaya pada muatan q akibat muatanmuatan lainnya. Jawab : 4 5 6

26 Jawab : qq 4 k (a) 4 6 q k a q k 4a Karena arahnya berlawanan, maka dan 4 saling menghilangkan Komponen dalam arah y dari dan 5 arahnya juga berlawanan sehingga saling meniadakan 6 q k a sin q k a sin 0 o 0

27 Contoh Soal.5 Pada gambar di bawah (kiri) ini ditunjukkan dua muatan, q dan q yang dipegang tetap pada jarak d. a). Bila q = q = 0 µc dan d =,5 m berapa besar gaya elektrostatik yang bekerja pada muatan q? b). Sebuah muatan ketiga q = 0 µc ditempatkan seperti terlihat pada gambar (kanan). Berapa besar dan arah gaya elektrostatik yang bekerja pada muatan q sekarang?

28 Jawab :,6 N,5 ) )(0x0 )(0x0 (9x0 d q kq o o ,77N (,6) (,6) (,6)(,6)(0,5),6,6 cos 60,6 N,5 ) )(0x0 )(0x0 (9x0 d q kq

29 Contoh Soal.6 Pada gambar di bawah ini, bila q =,0x0-7 C dan a = 5 cm, a). Hitung komponen horisontal dan vertikal dari gaya elektrostatik yang bekerja pada muatan di kiri bawah b). Tentukan besar dan arah gaya tersebut 4

30 Jawab : 4 o y x o y o 4 x ,085 0,0 tg 0,088 0,0) ( (0,085) 0,0 0,08 0,08(0,707) sin 45 0,085 0,08(0,707) 0,07 cos 45 0,07 a 4kq a k(q)(q) 0,08 a kq ) (a k(q)(q) 0,06 (0,05) ) )(0 (9x0 a kq a k(q)(q)

31 Contoh Soal.7 Dua buah benda bermuatan sejenis sebesar q dan bermassa sama sebesar 0 gram diikatkan masing-masing pada seutas benang sutra sepanjang L = 0 cm. Ujung bebas dari kedua benang sutra ini disatukan dan digantungkan pada sebuah statip. Oleh karena muatannya sejenis, maka kedua benda tersebut akan tolak menolak yang akhirnya diam dan berjarak x = 5 cm satu sama lain. Tentukan besarnya muatan q.

32 Jawab: Tsin T cos mg sin,5 0 0,0 tg sin Tsin T cos tg mg kq mg Q mg k 0x0 tg (9,8)(0,05) 9 (9x0 )() (,5) 0,057x0 Q 0,057x0 0,8C T Tcos Tsin 0,05 m mg

33 Hukum Coulomb dalam notasi vektor q â a kq q â kq q kq q q

34 r q r q Penjumlahan vektor : r r r r

35 Contoh Soal.8 Muatan Q berada di titik A(0,5) sedangkan muatan Q di titik B(,0), kedua muatan tersebut besarnya masing-masing adalah Q = 84,5 C dan Q = - 0 C. a). Hitung gaya yang dialami oleh muatan Q akibat muatan Q. b). Bila terdapat muatan Q sebesar -5 C di titik asal O(0,0) hitung vektor gaya total yang bekerja padanya c). Tentukan besar dan arah dari gaya total tersebut Jawab : 84,5 C A(0,5) O(0,0) B(,0) -5 C - 0 C

36 84,5 C A(0,5) O(0,0) B(,0) -5 C - 0 C a). ( 0)i kq Q ( 540i (0 5) j i (9x0 5 j)x0 9 )(84,5x0 N 5 j 6 )( 0x0 6 ) (i 5 5 j)

37 N j) x0 760,5 5,65 i ( i 5,65x0 i) ( ) 5x0 )( 0x0 )( (9x0 Q kq ) ( 0 i j 0) (0 )i (0 j 760,5 x0 5 j) ( 5 ) 5x0 )( )(84,5x0 (9x0 kq Q 5 5) ( 0 5 j j 5) (0 0)i (0 b) A(0,5) B(,0) O(0,0) 84,5 C - 0 C -5 C

38 o o 9, 80 88,8 5,65 760,5 tg N 760,66x0 x0 (760,5) 5,65) ( N j) x0 760,5 5,65 i ( c).

39

40 Soal Latihan. Gaya yang bekerja pada dua buah benda bermuatan positip yang dipisahkan oleh jarak,0 m adalah,0 N. Bila jumlah kedua muatan adalah 5,0x0-5 C, tentukan besar muatan dari kedua benda tersebut [,85x0-5 C dan.5x0-5 C] Soal Latihan. Tiga buah muatan terletak pada garis lurus seperti terlihat pada gambar di bawah ini. Muatan q dan q dipegang tetap sedangkan muatan q bebas bergerak. Agar supaya muatan q juga tidak bergerak, tentukan hubungan antara muatan q dan q. [q = - 4q ]

41 Soal Latihan. Dua buah muatan bebas yang masing-masing besarnya adalah + 9 µc dan + 6 µc dipisahkan oleh jarak 0 cm. Tentukan letak, besar dan jenis dari sebuah muatan ketiga agar sistem tiga muatan ini berada dalam kesetimbangan. [0 cm, - 4 µc] Soal Latihan.4 Muatan Q = 00 µc terletak di titik A(,), muatan Q = 0985 µc terletak di titik B(7,5) dan muatan Q = 500 µc terletak di titik C(6,0). Tentukan besar dan arah gaya Coulomb yang bekerja pada muatan Q. [56,5 N 0 o ]