Hukum oulomb a. Tujuan Kegiatan Pembelajaran Setelah mempelajari kegiatan belajar, iharapkan ana apat: - menjelaskan hubungan antara gaya interaksi ua muatan listrik, besar muatan-muatan, an jarak pisah keua muatan, apabila aa ua buah bena bermuatan listrik yang iletakkan terpisah paa jarak tertentu. - menghitung besarnya gaya interaksi ua buah bena bermuatan listrik engan menggunakan hukum oulomb. a. Uraian Materi HUKUM OULOM Ana telah melihat bahwa muatan tak sejenis tarik-menarik an muatan sejenis tolak-menolak, engan kata lain aa gaya yang bekerja antara ua atau lebih bena yang bermuatan. esar gaya ini bergantung paa besar muatan an jarak antara muatan tersebut. Paa tahun 785 seorang ahli fisika bangsa Perancis yang bernama harles oulomb (736-86) telah menyeliiki hubungan antara besaran-besaran tersebut i atas. Jenis peralatan yang igunakan oleh oulomb tampak paa Gambar 4. atang yang iisolasi engan bola-bola konuktor kecil A an A, igantungkan melalui kawat tipis. ola yang sama yaitu, itempatkan iekat bola A. Ketika bola A an bola bersama-sama isentuh engan bena yang bermuatan, maka muatan menyebar ke keua bola (bola A an ) secara merata. Karena keua bola A an memiliki ukuran yang sama, maka keua bola tersebut menerima muatan engan jumlah yang sama. Simbol untuk muatan aalah. Oleh karena itu, besarnya muatan paa bola-bola A an apat isimbolkan engan notasi A an. oulomb menemukan bagaimana gaya antara keua bola yang bermuatan, A an tergantung paa jarak tertentu. Pertama ia engan hati-hati mengukur besarnya gaya yang iperlukan untuk memutar kawat yang igantung melalui suut yang iberikan. Dia kemuian menempatkan muatan yang sama paa bola A an an mengubah jarak keuanya, antara keuanya. Gaya menggerakkan A ari posisi iamnya, memutar kawat yang igantung. Dengan mengukur pembelokan A, oulomb apat menghitung gaya penolakan. oulomb menunjukkan bahwa gaya F berbaning terbalik engan kuarat jarak antara keua pusat bola.
F x = () Untuk menyeliiki bagaimana gaya bergantung paa besarnya muatan, oulomb harus mengubah muatan bola. Pertama-tama oulomb memberi muatan A an sama seperti sebelumnya. Kemuian oulomb menambahkan bola lain yang tiak bermuatan, engan ukuran yang sama engan. Ketika bola tersebut isentuhkan ke bola, maka keua bola membagi muatan yang telah aa engan bola. Karena keuanya memiliki ukuran yang sama, maka bola sekarang hanya memiliki separuh muatan semula. Oleh karena itu, muatan paa bola hanya separuh muatan bola A. Setelah bola lain yang isentuhkan ke bola tersebut ijauhkan ari bola, maka oulomb menemukan bahwa gaya antara A an menjai separuh ari gaya antara A an semula (gaya antara A an sebelum aanya bola yang tiak bermuatan). Ia menyimpulkan bahwa besar gaya F, berbaning langsung engan muatan-muatannya. F = A () Setelah melakukan pengukuran yang sama, oulomb menyimpulkan hasilnya alam suatu hukum yang isebut Hukum oulomb : esarnya gaya antara muatan A an muatan, yang ipisahkan oleh jarak, aalah berbaning lurus engan besarnya keua muatan an berbaning terbalik engan kuarat jarak antara muatan-muatan tersebut. A F =...(3)
SATUAN MUATAN Muatan suatu bena sangat sulit iukur secara langsung. Akan tetapi oulomb menunjukkan bahwa besarnya muatan apat ikaitkan engan besarnya gaya. Dengan emikian, ia apat menentukan besarnya muatan yang terkait engan besarnya gaya yang ihasilkan. Satuan muatan alam SI aalah coulomb (). Satu coulomb aalah muatan ari 6,5 x 8 elektron atau proton. Ingat bahwa muatan proton an elektron aalah sama. Muatan yang ihasilkan leakan petir besarnya sekitar coulomb. Muatan paa satu elektron hanya,6 x-9. esarnya muatan suatu elektron isebut muatan elementer. Dengan emikian, bena sekecil apapun seperti uang logam paa saku ana menganung lebih ari satu juta coulomb muatan negatip. Muatan yang ihasilkan engan jumlah yang sangat besar ini hampir tiak aa efek eksternalnya sebab iimbangi engan jumlah muatan positip yang sama. Akan tetapi jika muatan tiak seimbang, muatan yang kecilpun seperti 9 apat mengakibatkan gaya yang besar. Menurut Hukum oulomb besarnya gaya paa muatan A yang isebabkan oleh muatan yang terpisah paa jarak, apat itulis sebagai berikut: A F = k (4) Tetapan k sering inyatakan engan konstanta lain yang isebut permitivitas ruang hampa ε. Hubungan antara k engan ε inyatakan alam persamaan: F = k = : sehingga persamaan i atas menjai: A (5) Dengan ε = = 8,85 X /N m Ketika muatan iukur alam satuan coulomb, jarak iukur alam satuan meter an gaya alam satuan newton, maka konstata k inyatakan 9 k = 9, x N.m m / Persamaan i atas memberi pengertian bahwa besarnya gaya paa muatan A menolak gaya paa an juga gaya paa muatan menolak gaya paa muatan A.
Keua gaya sama besar, tetapi berlawanan arah. Ana apat mengamati contoh ari Hukum Newton yang ketiga tentang gerak, yang bekerja ketika ana membawa ua lembar pita engan muatan sejenis bersama-sama. Yang satu menolak gaya yang lain. Jika ana membawa sisir yang bermuatan menekati pita, pita engan masa yang kecil, bergerak engan muah. Percepatan sisir an Ana tentu saja sangat kecil karena memiliki massa yang jauh lebih besar. Gaya listrik, seperti gaya-gaya yang lain, aalah vektor. Vektor menganung besar an arah. Akan tetapi hukum oulomb hanya akan menyeiakan besarnya gaya. Untuk menentukan arah, Ana perlu menggambar iagram an menginterprestasikan hubungan engan muatan secara hati-hati. Perhatikan arah gaya paa suatu bena bermuatan positip A. Jika bena lain yang bermuatan positip, ibawa menekat, gaya paa A akan menolak. Gaya F paa A bekerja engan arah ari ke A, sebagaimana itunjukkan paa Gambar 5a. Jika sebaliknya, bermuatan negatip, maka gaya paa A tarikmenarik engan gaya paa an bergerak searah engan arah ari A ke seperti terlihat paa Gambar 5b. c. Rangkuman Hukum oulomb berbunyi: esarnya gaya antara muatan A an muatan, yang ipisahkan oleh jarak, aalah berbaning lurus engan besarnya keua muatan an berbaning terbalik engan kuarat jarak antara muatan-muatan tersebut. Secara matematis hukum oulomb inyatakan alam persamaan: A F = k
engan k aalah suatu konstante yang besarnya 9 k = 9, x N.m m / k = atau Hukum oulomb secara matematis juga apat inyatakan alam persamaan: A F = Dengan ε aalah permitivitas ruang hampa yang besarnya. Tugas ε = = 8,85 X /N m. Dua buah muatan A an masing-masing besarnya +5 μ & an - μ iletakkan terpisah paa jarak 5 cm. Tentukan besar an arah gaya paa masingmasing muatan.. Tiga buah muatan A,, an, masing-masing terletak paa titiktitik suut segitiga sama sisi A engan panjang sisi 5 cm. Apabila muatan-muatan A,, an masing-masing besarnya +5 μ, - 5 μ, an - μ. Tentukan besar an arah gaya paa muatan - μ yang beraa paa titik. e. Tes Formatif. Dua buah muatan ipisahkan paa jarak 3 cm. ena A memiliki mutan +6 μ an bena memiliki muatan +3 μ. erapa gaya paa bena A?. Sebuah bola A engan muatan 6 μ iletakkan ekat engan ua bola bermuatan lainnya. ola engan -3 μ iletakkan 4 cm i sebelah kanan bola A an bola engan muatan,5 μ iletakkan 3 cm lurus i bawah bola A. Tentukan gaya bersih paa muatan 6 μ!. Tinak Lanjut ila ana telah menyelesaikan tugas kegiatan II. selanjutnya kerjakanlah tes formatif I. Untuk melihat kebenaran hasil kerja ana, cocokan jawaban anea engan kunci jawaban yang aa paa akhir moul. Jika ana telah mencapai skor i atas 7 maka ana i perkenankan untuk melanjutkan ke moul atau kegiatan II. Jika ana baru mencapai skor 5 7, kerjakan kembali tes formatif paa moul ini. Seangkan bagi ana yang mencapai skor ibawa 5 pelajari kembali seluruh kegiatan paa moul ini
Jumlahsoal enar Skor = x JumlahSeluruhsoal f. Kunci Jawaban ). Diketahui : A = + 6, μ = + 3, μ A = +,3 m
Ditanyakan FA? Strategi Gunakan hukum oulomb. Jangan gunakan arah ketika menggunakan hukum oulomb. Arah gaya itentukan oleh iagram. Perhitungan A FA = k FA= 9, x 9 N.m m / 6,x.3,x 3,x m FA=,45 N, arah ke kiri ). Diketahui Ditanya A = 6, μ = -3, μ c =,5 μ A =,4m A =,3m FA =? FA =? Fnet =? Strategi Menggunakan hukum oulomb. Jangan memasukkan arah ketika menggunakan hukum oulomb (sesuai engan strategi pemecahan masalah) arah gaya itentukan oleh iagram. Gunakan fungsi tangen untuk mencari?. Gunakan teori phytagoras untuk mencari Fnet Perhitungan F A A 9 = K = 9x Nm A 6,x x( 3,x 4,x m ) F FA =4,5 N,arah ke kanan A = K 9 6,x x,5 x = 9x Nm 3,x m A A
F =, N, arah ke atas A 7