Bab 4. Listrik Statis dalam Kehidupan Sehari-Hari (Materi 2 : Hukum Coulomb)

Kompetensi Dasar :

Pengetahuan

3.4 Menjelaskan konsep listrik statis dan gejalanya dalam kehidupan sehari-hari, termasuk kelistrikan pada sistem saraf dan hewan yang mengandung listrik.

Keterampilan

4.4 Menyajikan hasil pengamatan tentang gejala listrik statis dalam kehidupan sehari-hari.

Tujuan Pembelajaran :

Setelah mengikuti proses pembelajaran daring, peserta didik dapat :

1. Menjelaskan konsep Hukum Coulomb dengan benar.

2. Menerapkan perhitungan konsep Hukum Coulomb dengan benar.

Assalamualaikum Wr. Wb

Anak-anak, sebelum kita belajar IPA hari ini, jangan lupa untuk berdoa terlebih dahulu. Dengan doa dan upaya kalian yang sungguh-sungguh, Pak Arief yakin kalian akan mampu menguasai materi hari ini. Berikut Peta Konsep materi yang akan kita pelajari.

PETA KONSEP

APERSEPSI

Sebelum melanjutkan membaca ringkasan materi, silakan disimak dulu video berikut ini untuk memberikan gambaran mengenai materi yang akan kita pelajari.

RINGKASAN MATERI

 A. Hukum Coulomb

• Muatan listrik yang sama jenisnya (positif – positif, negatif – negatif) akan menghasilkan sifat tolak-menolak, sedangkan muatan listrik yang berlawanan jenisnya (negatif – positif) akan menghasilkan sifat tarik-menarik.
  
• Ketika dua buah muatan sejenis didekatkan satu sama lain, terdapat sebuah gaya saling menolak yang mencegah kedua muatan tersebut bersatu. Sebaliknya, jika dua buah muatan yang berlainan jenis didekatkan, akan timbul gaya saling menarik. Gaya tolak-menolak dan gaya tarik-menarik ini disebut gaya listrik/gaya elektrostatis/gaya Coulomb.
• Menurut Coulomb, “Besarnya gaya tarik-menarik atau tolak-menolak antara dua benda yang bermuatan listrik sebanding dengan besarnya masing-masing muatan tersebut dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua benda bermuatan listrik tersebut.”
  

  
  
  
• Misalkan muatan pertama dilambangkan dengan q1, muatan kedua dilambangkan dengan q2, dan jarak antara kedua muatan tersebut dilambangkan r. Besarnya gaya Coulomb dapat dituliskan dalam persamaan sebagai berikut:
  

Keterangan:
F = gaya Coulomb (N)
k = konstanta Coulomb = 9 x 10⁹ Nm² / C²
q1, q2 = besar muatan (C)
r = jarak antar muatan (m)

Catatan :

Tanda (-) pada nilai muatan hanya untuk membedakan jenis muatan dan tidak diikutsertakan dalam perhitungan menggunakan persamaan di atas. 

• Penjelasan persamaan hukum Coulomb di atas:

1. Gaya tarik menarik ataupun gaya tolak menolak dipengaruhi oleh besarnya muatan dan jarak antar muatan.
2. Besarnya gaya coulomb sebanding dengan besarnya kedua muatan. Semakin besar muatan benda maka gaya tarik-menarik maupun gaya tolak-menolaknya semakin kuat dan sebaliknya. (catatan : jaraknya tetap)
3. Besarnya gaya coulomb berbanding terbalik dengan kuadrat jarak kedua muatan. Semakin jauh jarak kedua benda maka gaya tarik-menarik maupun gaya tolak-menolaknya akan semakin kecil/lemah dan sebaliknya.  (catatan : muatan benda tetap)

• Selain dipengaruhi oleh muatan dan jarak antar muatan, gaya Coulomb juga dipengaruhi oleh medium di antara kedua muatan tersebut. Gaya Coulomb antara dua muatan yang terletak di dalam medium air akan berbeda ketika kedua muatan tersebut terletak di udara.
• Satuan Internasional dari muatan adalah coulomb (C). Karena muatan memiliki ukuran sangat kecil, maka satuan muatan yang biasa digunakan adalah mili Coulomb (mC), micro coulomb (µC) dan nano coulomb (nC).
  

B. Contoh Soal

1. Dua muatan disusun seperti pada gambar di bawah ini. Muatan di A adalah +8 µC dan muatan di B adalah -5 µC. Tentukan besar dan jenis gaya listrik yang bekerja pada kedua muatan tersebut! (k =  9 x 10⁹ Nm² / C²)

Penyelesaian :

Jadi, besar gaya listrik yang bekerja pada kedua muatan adalah 36 N (Gaya tarik-menarik).

2. Dua buah muatan masing-masing q1 = 6 μC dan q2 = 12 μC terpisah sejauh 30 cm. Tentukan besar dan jenis gaya yang terjadi antara dua buah muatan tersebut!

Penyelesaian:

Jadi, besar gaya listrik yang bekerja pada kedua muatan adalah 7,2 N (Gaya tolak-menolak).

3. Dua buah muatan listrik memiliki besar yang sama yaitu 6 μC. Jika gaya coulomb yang terjadi antara dua muatan tadi adalah 1,6 N, tentukan jarak pisah kedua muatan tersebut!
Penyelesaian:

Jadi, jarak kedua muatan adalah 4,5 x 10^-1 m = 45 cm.

4. Pada gambar di bawah ini gaya tolak menolak yang dialami kedua muatan 144 N, maka tentukan jarak kedua muatan ! (k =  9 x 10⁹ Nm² / C²)

Penyelesaian:

Jadi, jarak kedua muatan (r) adalah 5 x 10^-2 meter = 5 cm.

5. Dua buah benda bermuatan listrik tidak sejenis, tarik-menarik dengan gaya sebesar F. Jika jarak kedua muatan didekatkan menjadi 1/3 kali semula, maka gaya tarik-menarik antara kedua muatan menjadi ... F
Penyelesaian:
Rumus dasar yang digunakan adalah :

• Untuk keadaan mula-mula, gayanya dikasih nama F1, dimana F1 nanti besarnya sama dengan F saja. 
• Untuk keadaan kedua (saat jaraknya dijadikan 1/3 semula), gayanya dinamakan F2.

Jika dibandingkan, kedua gaya tadi maka :



k Q1 Q2 nya bisa dicoret saja, bukan berarti jadi nol, tapi diganti angka satu di bekas bagian yang dicoret.


Susun lagi yang bagus, pindahkan F1 ke ruas kanan, kita dapat rumus jadi untuk kasus-kasus seperti soal ini.

Saatnya dimasukkan datanya, r2= 1/3 r1, hingga diperoleh:

Jadi, gaya tarik-menarik antara kedua muatan menjadi 9F (9 kali gaya mula-mula).

REFERENSI

• Video referensi :
Beberapa video referensi terkait materi bisa dilihat dengan cara klik pada gambar. 

PENUGASAN MANDIRI

• Tugas dikerjakan di buku tugas dilengkapi cara mengerjakan (Diketahui, Ditanyakan Jawab) kemudian difoto.
• Tugas dikumpulkan melalui WA ke nomor HP Pak Arief maksimal 1 hari setelah pemberian tugas.
• Jangan lupa sampaikan salam dan perkenalkan diri dulu saat mengirimkan tugas.

Soal Latihan

1. Dua buah muatan listrik q1 = – 1 μC dan q2 = 2 μC berjarak 0,3 meter. Tentukan besar dan jenis gaya interaksi kedua muatan tersebut !

2. Dua buah muatan listrik memiliki besar muatan 4 μC dan 6 μC. Jika gaya coulomb yang terjadi antara dua muatan tadi adalah 540 N, tentukan jarak pisah kedua muatan tersebut !

3. Dua buah benda bermuatan listrik sejenis, tolak-menolak dengan gaya sebesar F. Jika jarak kedua muatan diperbesar menjadi 3 kali semula, maka gaya tolak-menolak antara kedua muatan menjadi ... F

~ Tetap Semangat Belajar IPA #dirumahaja ~