Kompetensi Fisika Kelas XII Semester 1
61
eksperimen Coulomb menyangkut gaya yang dilakukan muatan titik terhadap muatan titik lainnya. Hasil eksperimen Coulomb dinyatakan
sebagai hukum Coulomb
dan dirumuskan sebagai berikut. F = k
1 2
2
q q r
. . . 4.1
Keterangan:
F : gaya Coulomb N
q
1
dan q
2
: muatan c r
: jarak m k
: konstanta yang besarnya 9 . 10
9
N.m
2
C
2
k =
SH
1 4
Keterangan:
H
: permisivitas ruang hampa = 8,854 . 10
-12
C
2
N.m
2
Perhatikan gambar 4.5 dan 4.6 di bawah ini
Jika kedua muatan merupakan muatan sejenis maka gaya yang bekerja bersifat tolak-menolak gambar 4.5. Jika kedua muatan
mempunyai tanda yang berlawanan, gaya yang bekerja bersifat tarik- menarik gambar 4.6.
Hukum Coulomb mempunyai kesamaan dengan hukum gravitasi Newton. Persamaannya terletak pada perbandingan kuadrat yang terbalik
dalam hukum gravitasi Newton. Perbedaannya adalah gaya gravitasi selalu tarik-menarik, sedangkan gaya listrik dapat bersifat tarik-menarik
maupun tolak-menolak.
Agar lebih mudah memahami hukum Coulomb, pelajarilah dengan cermat contoh soal di bawah ini
Contoh Soal
Dua buah muatan titik masing-masing +2 PC dan -5 PC terpisah 10 cm satu sama
lain. Tentukanlah gaya tarik-menarik kedua muatan tersebut
Penyelesaian:
Diketahui: q
1
= + 2 PC
q
2
= -5 PC
r = 10 cm
Hukum Coulomb
Gambar 4.5 Muatan sejenis akan tolak-menolak
Gambar 4.6 Muatan yang berlawanan akan tarik-menarik
F
21
q
2
F
12
q
1
F
21
q
2
F
12
q
1
Kompetensi Fisika Kelas XII Semester 1
62
Ditanyakan: F = . . . ?
Jawab: F = k .
1 2
2
q q r
F = 9 . 10
9
.
-6 -6
-2 2
2 10 5 10 10 20
F =
-3
0, 09 1 10
F = 90 N
C. Medan Listrik Statis
Sesuai dengan hasil kegiatan praktik yang telah kamu lakukan, batang kaca yang telah digosok kain wol jika didekatkan akan tolak-menolak.
Namun timbul pertanyaan, mengapa ketika jarak antarbatang kaca diperbesar, gaya tolak antarbatang kaca melemah bahkan menghilang?
Ternyata terdapat suatu wilayah di sekitar batang kaca tersebut yang masih dapat terpengaruh oleh gaya listrik. Tempat di sekitar muatan listrik
yang masih dipengaruhi gaya listrik itu merupakan medan listrik.
Suatu muatan selalu meng- hasilkan gaya ke segala arah
dalam ruangan. Gambar 4.7 me- nunjukkan sejumlah muatan q
1
, q
2
, dan q
3
yang terletak sem- barang pada suatu ruang.
Muatan q
o
diletakkan pada suatu titik di sekitar sistem muatan
tersebut. Muatan q
o
merupakan muatan uji yang cukup kecil
sehingga tidak mengganggu distribusi awal. Interaksi antara
muatan q
o
dan sistem muatan menghasilkan gaya F. Gaya total
yang dialami muatan q
o
merupakan resultan vektor dari masing-masing gaya yang bekerja pada q
o
. Ruang yang masih mendapat pengaruh sistem muatan disebut
medan listrik .
Medan listrik E di suatu titik didefinisikan sebagai gaya total pada suatu muatan uji positif q
o
per satuan muatan q
o
tersebut. E =
o q
F q
lim . . . 4.2
Keterangan:
E : medan listrik NC
Gambar 4.7 Muatan uji q
o
dalam medan listrik q
1
, q
2
, dan q
3
F
R
F
2
F
1
q
1
q
2
q
3
F
3
q
o
Medan Listrik
Kompetensi Fisika Kelas XII Semester 1
63
Medan listrik merupakan besaran vektor yang menggambarkan keadaan di dalam ruang yang dibentuk oleh sistem muatan. Dengan
memindahkan muatan uji q
o
, kita akan mendapatkan E pada semua titik di dalam ruang kecuali pada titik yang diduduki oleh q
o
. Gaya yang dilakukan pada muatan uji q
o
di setiap titik adalah sebagai berikut. F = E . q
o
. . . 4.3 Agar lebih paham dengan medan listrik statis, pelajarilah soal di bawah
ini dengan cermat
Contoh Soal
Suatu muatan uji 5 PC yang diletakkan pada suatu titik mengalami gaya 2 . 10
-4
newton. Berapakah besar medan listrik E pada titik tersebut?
Penyelesaian:
Diketahui: q
o
= 5 Pc
F = 2 . 10
-4
N Ditanyakan: E = . . . ?
Jawab: E =
o
F q
E =
-4 -6
2 10 5 10
E = 40 NC
D. Garis-garis Medan Listrik
Medan listrik di sekitar muatan listrik dapat digambarkan dengan garis- garis yang menunjukkan arah medan listrik pada setiap titik. Garis medan
listrik disebut juga sebagai garis gaya listrik, karena garis tersebut menunjukkan arah gaya pada suatu muatan.
Pada setiap titik di sekitar muatan positif, medan listrik mengarah secara radial menjauhi muatan. Sebaliknya, pada muatan negatif arah
medan listrik menuju muatan. Perhatikan lihat gambar 4.8 di bawah ini
Gambar 4.8 a Garis gaya listrik di sekitar muatan positif dan b di sekitar muatan negatif
a b
