PR 1

FISIKA DASAR 2 – (FT Fisdas 2-03/P-4a)

PR boleh dikerjakan secara berkelompok, namum setiap mahasiswa wajib mengumpulkan tugasnya

masing-masing. PR ditulis dalam kertas folio bergaris dan dikumpulkan paling lambat pada Selasa 24

Februari 2015 Pukul 10.00.

1. Dua buah bola bermuatan identik masing-masing memiliki massa 3 x 10-2 kg digantung dalam keadaan

setimbang dengan menggunakan kawat ringan seperti terlihat pada gambar. Apabila panjang kawat L

= 15 cm dengan sudut θ = 5o, tentukanlah

a. Besar muatan masing-masing bola

b. Seandainya temanmu mengajukan masalah ini dengan asumsi besar muatan kedua bola tidak

sama namum massanya tetap sama, ia mengklaim bahwa kondisi simetri seperti pada gambar

tidak akan terpenuhi, sehingga sudut yang dibentuk kawat akan berbeda. Akibatnya problem

yang harus diselesaikan jadi jauh lebih sulit, bagaimana pendapat kamu dan buktikan pendapat

mu secara ilmiah!

2. Suatu bola konduktor pejal dengan jejari 5 cm dimuati sebesar Q.

Tentukan

a. Apabila bola berupa material yang homogen isotropis (seragam), bagaimanakah distribusi muatan

Q pada bola ?

b. Dengan menggunakan hukum Gauss, carilah medan listrik pada jarak R (R = 4 cm dan R = 6 cm)

dari pusat bola !

c. Berapakah beda potensial antara titik A pada jarak 3 cm dari pusat bola, dengan titik B pada jarak

4 cm dari pusat bola

d. Dengan menggunakan konsep kerja usaha, buktikan bahwa permukaan bola bersifat permukaan

ekipotensial

e. Gambarkan grafik potensial listrik dan medan listrik terhadap jarak yang diukur dari pusat bola

sampai jarak R > 5 cm

3. Sebuah benda berbentuk silinder pejal berjari-jari R = 3 cm dengan panjang tak hingga mempunyai

kerapatan muatan terdistribusi merata sebesar = 8,60 C/cm3. Gunakan Hukum Gauss untuk mencari

a. Besar medan listrik di r = 5 cm

b. Besar medan listrik untuk r = 1 cm dan r = 3 cm

c. Sketsa grafik hubungan E vs r

4. Sebuah susunan muatan (A bola konduktor tipis berrongga, B dan D bola pejal konduktor) dengan jari-

jari 2 cm diletakkan seperti pada gambar berikut !

Permukaan bola B dan D dihubungan dengan sumber tegangan 10 V dengan susunan seperti pada

gambar. Agar medan di titik C menuju ke titik D. Tentukan !

a. Besar sumber tegangan bola C

b. Besar potensial V di titik C

5. Suatu muatan Q = 5 C digerakkan melalui usaha luar W sepanjang lintasan L yang sejajar dengan

medan E = 5 N/C dari tempat kedudukan A ke tempat kedudukan B dengan jarak tempuh 5 cm.

Hitunglah

a. Energi yang ditransfer ke muatan Q, untuk proses pemindahan Q dari A ke B

b. Beda potensial antara titik A dan titik B

D

V

A B

C

10 cm

10 cm

B A

E

L

6. Dua buah kapasitor plat sejajar mempunyai luas area 2,5 m2 dan dipisahkan sejauh 3,0 mm. Kapasitor

tersebut dihubungkan dengan sebuah baterai 45 V

a. Tentukan muatan, medan magnet, kapasistansi dan energi yang tersimpan pada kapasitor!

b. Ketika kapasitor masih terhubung dengan batere, selembar plastik (K = 3,6) dengan luas 1,5 m2

dan tebal 1,0 mm diletakkan tepat di tengah-tengah di antara plat sejajar kapasitor. Carilah muatan,

medan magnet, kapasistansi dan energi yang tersimpan setelah ditambahkan plastik !

7. Sebuah kapasitor dibuat dengan menggunakan dua buah pelat sejajar memiliki kapasitansi sebesar 20

F.

a. Bila kapasitor tersebut disisipi oleh suatu material yang sama dengan bahan pembuat pelat setebal 2

3 jarak pemisah antara dua plat awal dan mempunyai luas yang sama dengan pelat. Berapakah

nilai kapasitansinya ?

b. Jika material penyisip diganti menjadi gelas dengan konstanta dielektrik k = 5,6. Berapakah nilai

kapasitansinya ?

c. Bila masing-masing kapasitor pada pertanyaan (a) dan (b) dihubungkan dengan sumber potensial

200 volt kemudian setelah sumber tegangan tersebut dilepaskan kedua material penyisip diambil.

Berapakah perubahan energi (naik atau turun) yang tersimpan pada kapasitor?