Fisika Dasar 2Hukum CoulombMedan ListrikPotensial ListrikKapasitansi, Dielektrik, dan Energi ElektrostatikArus ListrikRangkaian Arus Searah

BAB I HUKUM COULOMB Pengetahuan mengenai listrik dan magnet pada awalnya dibicarakan secara terpisah. Ilmu ini bermula dari pengamatan oleh Thales 600 tahun sebelum Masehi, yaitu sepotong ambar dapat menarik potongan jerami kecil. Pada tahun 1820 Masehi Christian Oersted mengamati bahwa ada hubungan antara kedua sifat bahan tersebut, yakni bahwa arus listrik di dalam sebuah kawat dapat mempengaruhi jarum kompas magnetik. Pengetahuan tentang listrik dan magnetik sekarang ini dikenal dengan elektromagnetisme, ilmu ini dikembangkan oleh banyak peneliti. Beberapa orang yang dianggap paling berjasa adalah Michael Faraday (1791-1867), James Clerk Maxwell (1831-1879), Oliver Heaviside (1850-1925), H. A. Lorentz (1853-1928), dan M. Heinrich Hertz (1857-1894).

1.1 Muatan Listrik Ada dua jenis muatan di alam ini, hal ini dapat diperlihatkan secara sederhana menggunakan dua batang seperti gambar (1.1). Batang pertama terbuat dari kaca digantungkan dengan benang kemudian digosokkan dengan sutera.

Jika ujung batang kedua terbuat dari kaca digosokkan dengan sutera, lalu didekatkan ke ujung batang pertama maka ujung batang yang digantung akan bergerak menjauh.

Tetapi jika batang kedua terbuat dari plastik dan digosokkan dengan bulu, maka ujung batang yang digantung akan bergerak mendekat.

Kesimpulan yang dapat diambil adalah : Muatan listrik timbul pada batang akibat penggosokkan Muatan listrik pada kaca yang digosokkan pada sutera berbeda dengan muatan listrik yang timbul pada plastik jika digosokkan pada bulu.

Penamaan muatan positif dan negatif dilakukan oleh Benjamin Franklin (1706- 1790) untuk membedakan muatan yang terjadi pada kaca dan plastik. Jadi dari percobaan yang sederhana di atas dapat dikatakan bahwa muatan sejenis tolak-menolak dan muatan berlainan jenis tarik-menarik.

Charles Agustin Coulomb (1736-1806)Dengan menggunakan alat yang disebut neraca puntir ia mengukur secara kuantitatif besar tolakan dan tarikan yang terjadi antara dua buah muatan.

dan juga menyimpulkan hukum yang mengatur tarikan dan tolakan tersebut.

Kesimpulan yang diperoleh Coulomb, gaya yang bekerja pada a adalah :Dimana r adalah jarak antara a dan bSelanjutnya diperoleh bahwa secara spesifik bahwa gaya yang bekerja pada a maupun b berbanding lurus dengan perkalian antara kedua muatan. (1.1)(1.2)

Selanjutnya dari persamaan (1.1) dan (1.2) diperoleh persamaan yang dikenal sebagai hukum Coulomb yaitu :(1.3)

Pertanyaan kita selanjutnya, bagaimana membedakan gaya pada masing-masing muatan ?

Karena gaya adalah besaran vektor berarti persamaan (1.3) harus ditulis dalam bentuk vektor.

Menurut analisa vektor setiap vektor merupakan perkalian dari besar vektor tersebut dengan vektor satuannya.

Besar vektor selalu positif , vektor satuan menggambarkan arah dari vektor dan besarnya satu satuan. Dengan k = 8,99 109 N.m2/C2

Berdasarkan hukum Newton yang ketiga,gaya yang sama besarnya dan arahnya berbeda bekerja pada b dan keduanya bekerja pada garis lurus yang melewati a dan b.

Pengertian tolak-menolak digambarkan oleh dua buah gaya yang saling menjauh,

dan tarik-menarik digambarkan dengan dua buah gaya yang saling mendekat.

Gaya yang bekerja pada q1 ditulis F12Gaya yang bekerja pada q2 ditulis F21 Sekarang andaikan terdapat dua muatan sejenis, berarti tolak-menolak. Gaya yang bekerja pada masing-masing muatan digambarkan pada gambar (1.5) di bawah. Ingat tanda muatan harus diperhitungkan !

r = r2 r1

Gaya Total Pada Sebuah Muatan

Tiga buah muatan q1= +q, q2= +q, dan q3 = -q , diletakkan pada bidang-xy seperti pada gambar (1.6). Untuk menghitung gaya total pada muatan q3 kita akan gunakan dua cara, pertama seperti halnya di atas dan yang kedua melalui pengertian analisa vektor.

Terlihat bahwa arah dari F12 ke arah x negatif (-i) dan arah dari F13 ke arah y negatif (-j ).

Kenapa seperti itu, karena prinsip tarik-menarik dan tolak-menolak.

Arah dari kedua gaya tersebut sudah kita ketahui, berarti kita tinggal menghitung besar gaya-gaya tersebut, ingat besar gaya selalu positif.

Dua muatan titik masing-masing sebesar 0,05 C dipisahkan pada jarak 10 cm. Carilah Besarnya gaya yang dilakukan oleh satu muatan pada muatan lainnya !

2. Tiga muatan titik terletak pada sumbu x; q1 = 25 nC terletak pada titik asal, q2 = -10 nC berada pada x=2m, dan q0 = 20 nC berada pada x = 3,5 m. Carilah gaya total pada q0 akibat q1 dan q2.

Contoh Soal

Solusi Soal no.1

Solusi Soal no.2

Carilah resultan gaya pada muatan 20C dalam soal gambar berikut:q1q2q3Soal

Solusi Soal